Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, одним шатуном, двумя ползунами и штоком

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.73, задания 86-90), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, e, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир, которым кривошип связан со станиной, шатун проходит внутри второго ползуна, шарнирно связанного со штоком, направленным вверх и расположенным в направляющих станины, расстояние до которого по горизонтали от неподвижного вращательного шарнира кривошипа равно половине размера шатуна, расстояние от общей горизонтали до первой направляющей штока и между направляющими штока равно 0,45 длины шатуна, 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, двумя ползунами и штоком, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир, которым кривошип связан со станиной, шатун проходит внутри второго ползуна, шарнирно связанного со штоком, направленным вверх и расположенным в направляющих станины, расстояние до которого по горизонтали от неподвижного вращательного шарнира кривошипа равно половине размера шатуна, расстояние от общей горизонтали до первой направляющей штока и между направляющими штока равно 0,45 длины шатуна, 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 площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира кривошипа, и направляющие первого ползуна и 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.

Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, одним шатуном, двумя ползунами и штоком, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, e, состоит из кривошипа АО₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном АСВ, направленным вниз с правым уклоном. Шатун своим нижним концом в точке В шарнирно связан с ползуном 1. Ползун расположен в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир O₁, которым кривошип связан со станиной. Шатун проходит внутри второго ползуна 2, шарнирно связанного в точке D со штоком, направленным вверх и расположенным в направляющих Е и F станины. Расстояние до штока по горизонтали от неподвижного вращательного шарнира O₁ кривошипа равно половине размера шатуна. Расстояние от общей горизонтали О₁В до первой направляющей Е штока и между направляющими Е и F штока равно 0,45 длины шатуна. 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 АО₁ имеет наружный стержень 3 и клемму 4, расположенную на конце звена. Площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира O₁ кривошипа, и направляющие первого ползуна 1 и штока Е и F 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 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, одним шатуном, двумя ползунами и штоком, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир, которым кривошип связан со станиной, шатун проходит внутри второго ползуна, шарнирно связанного со штоком, направленным вверх и расположенным в направляющих станины, расстояние до которого по горизонтали от неподвижного вращательного шарнира кривошипа равно половине размера шатуна, расстояние от общей горизонтали до первой направляющей штока и между направляющими штока равно 0,45 длины шатуна, 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 площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира кривошипа, и направляющие первого ползуна и 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.