Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, двумя шатунами, одним вертикальным и одним криволинейным ползунами

Авторы патента:

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, по теории механизмов и машин и другим общетехническим дисциплинам технических вузов, техникумов и технических училищ.

Известный шарнирно-рычажный механизм имеет неизменяемые длины звеньев и неизменяемые положения опор. Это не позволяет проводить исследования по выявлению зависимостей, например, величин скоростей и ускорений точек механизма от длины звеньев.

В предложенном механизме все рычажные звенья выполнены телескопическими с клеммами на концах, а площадки, на которых расположены опоры, стали иметь возможность изменять свои положения. Это позволило обучающимся проводить учебно-исследовательскую работу по выявлению, например, величин скоростей и ускорений, а также сил взаимодействия звеньев, от размеров звеньев и положения их опор. 1 ил.

Известен многозвенный шарнирно-рычажный механизм (Анализ и синтез плоских механизмов /Маркин Ю.С., Наумов Л.Г., Маркин О.Ю. и др./ Под редакцией д.т.н., профессора Маркина Ю.С. - Казань, Татарское кн. изд-во 2003, стр.92, задания 181-185), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, R, состоящий из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с криволинейным ползуном, расположенным в круговых направляющих, находящихся ниже шатуна, центр кривизны шарнира находится от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, на расстоянии по вертикали, равном длине первого шатуна, первый шатун шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с вертикальным ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кривошипа,

Основной недостаток известного многозвенного шарнирно-рычажного механизма заключается в том, что он имеет постоянные размеры звеньев и постоянное положение опор, не позволяющих проводить исследования по отысканию зависимостей, например, величин скоростей и ускорений характерных точек механизма от размеров его звеньев, величин сил взаимодействия его звеньев от их размеров.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы сделать звенья механизма изменяемыми по длине с соответствующим изменением положения их опор с тем, чтобы можно было проводить исследования по выявлению зависимостей величин скоростей и ускорений характерных точек механизма от размеров звеньев и положения их опор, а также зависимостей величин сил взаимодействия от размеров звеньев.

Технический результат достигается тем, что в шарнирно-рычажном механизме с одним кривошипом, двумя шатунами, одним вертикальным и одним криволинейным ползунами, состоящем из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с криволинейным ползуном, расположенным в круговых направляющих, находящихся ниже шатуна, центр кривизны шарнира находится от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, на расстоянии по вертикали, равном длине первого шатуна, первый шатун шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с вертикальным ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кривошипа, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира кривошипа, и направляющие вертикального ми криволинейного ползунов выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Такое исполнение шарнирно-рычажного механизма позволило изменять размеры его звеньев и положения их опор и исследовать зависимость, например, скоростей и ускорений характерных точек механизма, а также других характеристик, например, силовых, от размеров звеньев и положения их опор.

На фиг. представлена принципиальная схема шарнирно-рычажного механизма.

Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, двумя шатунами, одним вертикальным и одним криволинейным ползунами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, е, R, состоит из кривошипа АО₁, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном ADB длиной в один метр, направленным вниз с правым уклоном. Первый шатун ADB своим нижним концом шарнирно связан с криволинейным ползуном 1. Ползун 1 расположен в круговых направляющих, находящихся ниже шатуна ADB. Радиус траектории шарнира В криволинейного ползуна 1 равен 0,8 м. Центр кривизны траектории находится от неподвижного вращательного шарнира О₁, которым кривошип АО₁ связан со станиной, на расстоянии по вертикали, равном длине первого шатуна ADB, а по горизонтали - 0,79 м. Первый шатун ADB на расстоянии 0,15 м от своего конца шарнирно связан со вторым шатуном DC, направленным вверх с правым уклоном. Второй шатун DC другим своим концом шарнирно связан с вертикальным ползуном 2, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии 0,45 м от неподвижного вращательного шарнира O₁ кривошипа. Длина кривошипа AO₁ равна одной четверти длины первого шатуна ADB. Длина второго шатуна DC равна 0,79 м.

Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам. Например, кривошип AO₁ имеет наружный стержень 3 и клемму 4, расположенную на конце звена. Площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира О₁ кривошипа, и направляющие криволинейного 1 и вертикального 2 ползунов выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, соответственно 5, 6, 7, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих, соответственно 8, 9, 10 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Например, изменяем длину кривошипа АО₁. Для этого ослабляем затяжку резьбовых крепежных элементов клеммы, выдвигаем внутренний стержень из наружного и устанавливаем нужную длину кривошипа, а затем жестко соединяем стержни с помощью клеммы затяжкой резьбовых крепежных элементов. При этом изменяется скорость точки А, которая определяется по формуле:

где ₁ - угловая скорость кривошипа; - длина кривошипа.

При увеличенной длине кривошипа увеличивается и величина скорости точки А. С изменением скорости точки А происходит изменение скоростей и других характерных точек механизма, например, точек В, С, D. Изменяя ступенчато длину кривошипа и определяя скорости характерных точек механизма, можно выявлять зависимость величин скоростей точек от длины кривошипа. Аналогично можно определять зависимости и величин ускорений характерных точек от длины кривошипа, а также сил взаимодействия звеньев механизма, известными методами теоретической механики и теории механизмов и машин.

Следует сказать, что можно определять скорости и ускорения не только характерных точек механизма, но и любых других точек, принадлежащих звеньям рассматриваемого механизма.

По аналогии можно изменять размеры и других звеньев и выявлять необходимые зависимости. Опыт показывает, что у предложенного механизма появились огромные возможности в осуществлении различных сочетаний в изменении длин звеньев, а у обучающихся широкие возможности для проведения учебно-исследовательской работы.

Задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.

Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, двумя шатунами, одним вертикальным и одним криволинейным ползунами, состоящий из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с криволинейным ползуном, расположенным в круговых направляющих, находящихся ниже шатуна, центр кривизны шарнира находится от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, на расстоянии по вертикали, равном длине первого шатуна, первый шатун шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вверх с правым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с вертикальным ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кривошипа, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, а площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира кривошипа, и направляющие вертикального и криволинейного ползунов выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.