Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, балансиром 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.105, задания 246-250), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, k, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном и шарнирно связанного с прямолинейным шатуном на расстоянии полуметра от его начала, направленным вниз с левым уклоном, который своим верхним концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся на расстоянии 0,8 м как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, нижний конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше неподвижного вращательного шарнира кривошипа на расстоянии: по горизонтали - 0,4 м, по вертикали - 0,7 м, длина шатуна - 1,3 м, длина балансира равна 0,8 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.

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 кривошипом, шатуном, балансиром и штоком с камнем, состоящем из кривошипа, связанного со станиной неподвижным вращательным шарниром и направленного вниз с левым уклоном, кривошип шарнирно связан с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который своим верхним концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, нижний конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше 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 у штока клемма направлена к началу звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа, балансира и камня 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 кривошипом, шатуном, балансиром и штоком с камнем, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, k, состоит из кривошипа AO₁, связанного со станиной неподвижным вращательным шарниром O₁ и направленного вниз с левым уклоном. Кривошип АО₁ шарнирно связан с прямолинейным шатуном DAB на расстоянии полуметра от его начала. Шатун DAB направлен вниз с левым уклоном, который своим верхним концом шарнирно связан с балансиром ВС, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром С, находящимся на расстоянии 0,8 м как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира O₁ , которым кривошип связан со станиной. Нижний конец шатуна DAB шарнирно связан со штоком DE, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня 1. Камень 1 связан с неподвижным вращательным шарниром F, находящимся левее и выше неподвижного вращательного шарнира О₁ кривошипа АО₁ на расстоянии: по горизонтали - 0,4 м, по вертикали - 0,7 м. Длина шатуна DAB равна 1,3 м, длина балансира ВС - 0,8 м, длина кривошипа AO₁ - 0,25 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, балансир ВС имеет наружный стержень 2 и клемму 3, расположенную на конце звена.

Только у штока DE клемма направлена к началу звена, к точке D. Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О₁, С, F, соответственно кривошипа AO₁, балансира ВС и камня 1, 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 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 AO₁ увеличивается и величина скорости точки А. С изменением скорости точки А происходит изменение скоростей и других характерных точек механизма, например, точек В, Е, 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 кривошипом, шатуном, балансиром и штоком с камнем, состоящий из кривошипа, связанного со станиной неподвижным вращательным шарниром и направленного вниз с левым уклоном, кривошип шарнирно связан с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который своим верхним концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, нижний конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше 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 у штока клемма направлена к началу звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа, балансира и камня, 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.