Кривошипно-кулисный механизм с горизонтальным штоком, одним шатуном и одним балансиром

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 кривошипно-кулисный 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.

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.

Известен кривошипно-кулисный 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.80, задания 121-125), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, е, , k, l, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих кулисы, верхний конец которой жестко связан с горизонтальным штоком, расположенным в горизонтальных направляющих станины, который другим своим концом шарнирно связан с шатуном, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным с балансиром, направленным вниз, который другим своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной.

Основной недостаток известного кривошипно-кулисного 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 кривошипно-кулисном механизме с горизонтальным штоком, одним шатуном и одним балансиром, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих кулисы, верхний конец которой жестко связан с горизонтальным штоком, расположенным в горизонтальных направляющих станины, который другим своим концом шарнирно связан с шатуном, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным с балансиром, направленным вниз, который другим своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, 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 у горизонтального штока клемма расположена в начале звена, горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и балансира и горизонтальные направляющие штока 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.

Кривошипно-кулисный механизм с горизонтальным штоком, одним шатуном и одним балансиром, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, е, , k, l, состоит из кривошипа AO₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с ползуном 1, расположенным в вертикальных направляющих кулисы. Верхний конец кулисы жестко связан с горизонтальным штоком, расположенным в горизонтальных направляющих F и К станины, который другим своим концом шарнирно связан с шатуном CD. Шатун направлен вверх с правым уклоном и шарнирно связан с балансиром DE, направленным вниз, который другим своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром Е. Шарнир Е расположен ниже и правее неподвижного вращательного шарнира O₁, которым кривошип связан со станиной.

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 АО₁ имеет наружный стержень 2 и клемму 3, расположенную на конце звена. У горизонтального штока клемма расположена в начале звена. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О₁ и Е, соответственно кривошипа и балансира, и горизонтальные направляющие F и К штока выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих, соответственно 4, 5, 6, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 7, 8, 9 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.

Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.

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.

Кривошипно-кулисный механизм с горизонтальным штоком, одним шатуном и одним балансиром, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного ползуном, расположенным в вертикальных направляющих кулисы, верхний конец которой жестко связан с горизонтальным штоком, расположенным в горизонтальных направляющих станины, который другим своим концом шарнирно связан с шатуном, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным с балансиром, направленным вниз, который другим своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным ниже и правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, 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 у горизонтального штока клемма расположена в начале звена, горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и балансира, и горизонтальные направляющие штока 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.