Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, ползуном 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.90, задания 171-175), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, Ь, с, d, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с прямолинейным 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 своей серединой шарнирно связан со штоком, направленным вниз с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее и ниже неподвижного вращательного шарнира кривошипа на расстоянии по горизонтали, равном 0,38 м, а по вертикали - 0,79 м, длина шатуна равна одному метру, а длина кривошипа равна одной четвертой части 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, ползуном и штоком с камнем, 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 своей серединой шарнирно связан со штоком, направленным вниз с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее и ниже 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 наружного стержня штока клемма расположена в начале звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и камня и направляющие ползуна 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, ползуном и штоком с камнем, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, состоит из кривошипа АО1, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с шатуном АСВ, направленным вниз с правым уклоном. Шатун своим нижним концом шарнирно связан с ползуном 1, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир О1, которым кривошип связан со станиной. Шатун своей серединой в точке С шарнирно связан со штоком CD, направленным вниз с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня 2. Камень связан с неподвижным вращательным шарниром Е, находящимся правее и ниже неподвижного вращательного шарнира О1 кривошипа на расстоянии по горизонтали, равном 0,38 м, а по вертикали - 0,79 м. Длина шатуна равна одному метру, а длина кривошипа равна одной четвертой части 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. Только у наружного стержня штока CD клемма расположена в начале звена.
Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О1 и Е, соответственно кривошипа и камня, и направляющие ползуна 1 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 научно-исследовательской работы.
Задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.
Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, ползуном и штоком с камнем, 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 своей серединой шарнирно связан со штоком, направленным вниз с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся правее и ниже 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 наружного стержня штока клемма расположена в начале звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа и камня и направляющие ползуна, 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.
