Кривошипно-кулисный механизм с ползуном, горизонтальным штоком и штоком с камнем
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 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 илл.
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 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.103, задания 236-240), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с ползуном, расположенным в направляющих вертикальной кулисы, жестко связанной с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих станины, расположенных правее кулисы, расстояние между которыми равно 0,45 м, расстояние от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, до первой направляющей штока равно 0,4 м, а расстояние от той же базы до конца штока равно 1,3 м, шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом проходит внутри камня с возможностью скольжения, связанного со станиной неподвижным вращательным шарниром, расположенным от неподвижного шарнира кривошипа, на расстояниях по горизонтали и вертикали соответственно: 0,5 м, 0,2 м, а расстояние от неподвижного шарнира кривошипа по вертикали до горизонтального штока кулисы равно 0,3 м, длина кривошипа равна 0,25 м.
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, а также неудобство исследования движения ползуна, расположенного ниже основного механизма.
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 и удобства регулирования и экспериментального исследования скоростей и сил от их размеров.
Технический результат достигается тем, что в кривошипно-кулисном механизме с ползуном, горизонтальным штоком и штоком с камнем, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, причем кривошип своим концом связан со станиной неподвижным вращательным шарниром, а своим началом шарнирно связан с ползуном, расположенным в направляющих вертикальной кулисы, жестко связанной с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих станины, расположенных правее кулисы, горизонтальный шток шарнирно связан со штоком с камнем, направленным вниз с левым уклоном и связанным со станиной неподвижным вращательным шарниром, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными: у кривошипа от начала звена к его концу, а у обоих штоков - от концов к началам, горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и направляющие горизонтального 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 кривошипно-кулисного и шарнирно-рычажного механизма позволило изменять размеры их 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 ползуном, горизонтальным штоком и штоком с камнем, начальное положение опор которого определяется соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, состоит из кривошипа АО1, направленного вверх с левым уклоном. Кривошип своим концом связан со станиной неподвижным вращательным шарниром O1, а своим началом шарнирно связан с ползуном 1. Ползун 1 расположен в направляющих вертикальной кулисы. Кулиса жестко связана с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих F и К станины, расположенных правее кулисы. Горизонтальный шток шарнирно связан со штоком с камнем 2, направленным вниз с левым уклоном. Шток с камнем связан со станиной неподвижным вращательным шарниром E.
Расстояние а от неподвижного шарнира O1 кривошипа по вертикали до горизонтального штока кулисы равно 0,3 м. Длина кривошипа равна 0,25 м.
Шарнир Е расположен от неподвижного шарнира О1 кривошипа, на расстоянии b по вертикали, равным 0,2 м и расстоянии с по горизонтали, равным соответственно: 0,5 м.
Расстояние е между направляющими F и К станины равно 0,45 м. Расстояние d от неподвижного вращательного шарнира O1, которым кривошип связан со станиной, до направляющей F штока равно 0,4 м, а расстояние f от неподвижного вращательного шарнира O1 до конца горизонтального штока равно 1,3 м.
Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах. Например, кривошип AO1 имеет наружный стержень 3 и клемму 4. У наружного стержня 3 кривошипа AO1 клемма 4 направлена от начала звена к его концу. У обоих штоков клеммы направлены от концов к началам. Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O1 и Е и направляющие F, К горизонтального штока 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; - 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, содержащий ползун, горизонтальный шток и шток с камнем и состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, причем кривошип своим концом связан со станиной неподвижным вращательным шарниром, а своим началом шарнирно связан с ползуном, расположенным в направляющих вертикальной кулисы, жестко связанной с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих станины, расположенных правее кулисы, горизонтальный шток шарнирно связан со штоком с камнем, направленным вниз с левым уклоном и связанным со станиной неподвижным вращательным шарниром, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными: у кривошипа от начала звена к его концу, а у обоих штоков - от концов к началам, горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и направляющие горизонтального 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.