Кривошипно-кулисный механизм с шатуном и двумя ползунами

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 ил.

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 кривошипно-кулисный 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.102, задания 231 - 235), 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 первым 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 до конца штока равно 1,2 м, шарнирно связанного с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна, а их ось симметрии проходит вертикально на расстоянии от неподвижного вращательного шарнира кривошипа, равном 0,5 м, а расстояние от неподвижного шарнира кривошипа по вертикали до горизонтального штока кулисы равно 0,3 м, длина шатуна равна одному метру, длина кривошипа равна четверти длины шатуна.

Основной недостаток известного кривошипно-кулисного 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 шатуна.

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 шатуном и двумя ползунами, состоящем из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, причем кривошип своим концом связан со станиной неподвижным вращательным шарниром, а своим началом шарнирно связан с первым ползуном, расположенным в направляющих вертикальной кулисы, жестко связанной с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих станины, расположенных правее кулисы, горизонтальный шток шарнирно связан с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее 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, кроме горизонтального штока, у которого клемма расположена в начале звена, а горизонтальная площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира, вертикальные направляющие второго ползуна 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 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 кривошипно-кулисного механизма.

Кривошипно-кулисный механизм с шатуном и двумя ползунами, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, e, f, состоит из кривошипа AO₁, направленного вверх с левым уклоном и шарнирно связанного с первым ползуном 1, расположенным в направляющих вертикальной кулисы.

Кулиса жестко связана с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих Е - F станины, расположенных правее кулисы, расстояние между которыми равно 0,45 м. Расстояние от неподвижного вращательного шарнира О₁, которым кривошип связан со станиной, до направляющей Е горизонтального штока равно 0,4 м, а расстояние до конца горизонтального штока равно 1,2 м.

Конец горизонтального штока шарнирно связан с шатуном CD, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном 2.

Второй ползун расположен в вертикальных направляющих, находящихся левее шатуна, а их ось симметрии проходит вертикально на расстоянии от неподвижного вращательного шарнира О₁ кривошипа, равном 0,5 м. Расстояние от неподвижного шарнира О₁ кривошипа по вертикали до горизонтального штока равно 0,3 м. Длина шатуна CD равна одному метру. Длина кривошипа AO₁ 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, шатун CD имеет наружный стержень 3 и клемму 4, расположенную на конце звена. И только у горизонтального штока клемма расположена в начале звена. Горизонтальная площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира О₁, вертикальные направляющие второго ползуна 2 и направляющие Е - F 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 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.

Кривошипно-кулисный механизм с шатуном и двумя ползунами, состоящий из кривошипа, направленного вверх с левым уклоном, причем кривошип своим концом связан со станиной неподвижным вращательным шарниром, а своим началом шарнирно связан с первым ползуном, расположенным в направляющих вертикальной кулисы, жестко связанной с горизонтальным штоком, расположенным в направляющих станины, расположенных правее кулисы, горизонтальный шток шарнирно связан с шатуном, направленным вниз с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, находящихся левее 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, кроме горизонтального штока, у которого клемма расположена в начале звена, а горизонтальная площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира, вертикальные направляющие второго ползуна 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.