Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, одним шатуном, одним ползуном и кулисой

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.66, задания 51-55), начальное положение опор и размер звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной и находится с ним на одной горизонтали, нижний конец шатуна шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих кулисы, шток которой находится в вертикальных направляющих станины, расположенных правее камня на одинаковых расстояниях по вертикали как между собой, так и от горизонтали, на которой расположены шарниры кривошипа и камня, а расстояния между неподвижными шарнирами и от неподвижного шарнира камня до вертикального штока кулисы относятся, как 1,1 к 0,9, причем, расстояния между направляющими штока в полтора раза меньше, чем расстояние от шарнира камня до штока в горизонтальном направлении, длина кривошипа равна четверти длины шатуна.

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, одним шатуном, одним ползуном и кулисой, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной и находится с ним на одной горизонтали, нижний конец шатуна шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих кулисы, шток которой находится в вертикальных направляющих станины, расположенных правее камня на одинаковых расстояниях по вертикали как между собой, так и от горизонтали, на которой расположены шарниры кривошипа и камня, а расстояния между неподвижными шарнирами и от неподвижного шарнира камня до вертикального штока кулисы относятся, как 1,1 к 0,9, причем, расстояния между направляющими штока в полтора раза меньше, чем расстояние от шарнира камня до штока в горизонтальном направлении, длина кривошипа равна четверти длины шатуна, 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 площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и камня и направляющие штока кулисы 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 схема механизма.

Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, одним шатуном, одним ползуном и кулисой, начальное положение опор и размер звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, состоит из кривошипа AO₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном АВС, направленным вниз с правым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня 1, связанного с неподвижным вращательным шарниром Е, находящимся правее неподвижного вращательного шарнира O₁, которым кривошип связан со станиной и находится с ним на одной горизонтали. Нижний конец шатуна шарнирно связан с ползуном 2, расположенным в горизонтальных направляющих кулисы. Шток кулисы находится в вертикальных направляющих F и К станины, расположенных правее камня на одинаковых расстояниях по вертикали как между собой, так и от горизонтали O₁-Е, на которой расположены шарниры кривошипа и камня. Расстояния между неподвижными шарнирами O₁ и Е и от неподвижного шарнира камня до вертикального штока кулисы относятся, как 1,1 к 0,9. При этом, расстояния между направляющими штока в полтора раза меньше, чем расстояние от шарнира Е камня до штока в горизонтальном направлении. Длина кривошипа равна четверти длины шатуна. 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. Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O₁ и Е кривошипа и камня и направляющие штока кулисы F и К 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.

Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.

Например, изменяем длину кривошипа AO₁. 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; до - 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, Е, D, F. 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, одним шатуном, одним ползуном и кулисой, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной и находится с ним на одной горизонтали, нижний конец шатуна шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих кулисы, шток которой находится в вертикальных направляющих станины, расположенных правее камня на одинаковых расстояниях по вертикали как между собой, так и от горизонтали, на которой расположены шарниры кривошипа и камня, а расстояния между неподвижными шарнирами и от неподвижного шарнира камня до вертикального штока кулисы относятся, как 1,1 к 0,9, причем расстояния между направляющими штока в полтора раза меньше, чем расстояние от шарнира камня до штока в горизонтальном направлении, длина кривошипа равна четверти длины шатуна, 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 площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и камня и направляющие штока кулисы, 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.