Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, балансиром и ползуном с вертикальным 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 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.

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.111, задания 276-280), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, е, f, k, состоящий из кривошипа, направленного вниз с правым уклоном под углом 60° к горизонту и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, с расстояниями: по вертикали - 0,06 м, по горизонтали - 0,46 м, шатун нижней своей частью проходит внутри ползуна с возможностью скольжения, связанного шарнирно с вертикальным штоком, расположенным в направляющих, находящихся ниже ползуна с расстояниями от неподвижного шарнира кривошипа: по горизонтали - 0,23 м, по вертикали - 0,3 м, длина шатуна - 0,48 м, длина балансира - 0,36 м, 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 кривошипом, шатуном, балансиром и ползуном с вертикальным штоком, состоящем из кривошипа, направленного вниз с правым уклоном под углом 60° к горизонту и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, шатун нижней своей частью проходит внутри ползуна с возможностью скольжения, связанного шарнирно с вертикальным штоком, расположенным в направляющих, находящихся ниже ползуна, 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 расположена в начале звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и вертикальные 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.

Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, балансиром и ползуном с вертикальным штоком, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, к, состоит из кривошипа AO₁, направленного вниз с правым уклоном под углом 60° к горизонту и шарнирно связанного с шатуном ADB, направленным вниз с левым уклоном. Шатун другим своим концом шарнирно связан с балансиром ВС, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром С, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира O₁, которым кривошип связан со станиной с расстояниями: по вертикали - 0,06 м, по горизонтали - 0,46 м. Шатун нижней своей частью проходит внутри ползуна 1 с возможностью скольжения, связанного шарнирно в точке Е с вертикальным штоком, расположенным в направляющих F-L, находящихся ниже ползуна с расстояниями от неподвижного шарнира О₁ кривошипа: по горизонтали - 0,23 м, по вертикали - 0,3 м. Длина шатуна - 0,48 м. Длина балансира - 0,36 м. 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, балансир ВС имеет наружный стержень 2 и клемму 3, расположенную на конце звена. Только у штока клемма расположена в начале звена, у точки Е.

Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О₁ и Е, а также вертикальные направляющие штока F-L 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, D, Е. 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 ползуном с вертикальным штоком, состоящий из кривошипа, направленного вниз с правым уклоном под углом 60° к горизонту и шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и левее неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, шатун нижней своей частью проходит внутри ползуна с возможностью скольжения, связанного шарнирно с вертикальным штоком, расположенным в направляющих, находящихся ниже ползуна, 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 расположена в начале звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров, и вертикальные 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.