Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, кулисой, двумя ползунами, шатуном и балансиром
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 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.115, задания 296-300), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном под углом 30° к горизонту и шарнирно связанного с ползуном, внутри которого проходит шток кулисы с возможностью скольжения, направленный вверх с левым уклоном, который верхним своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, расстояние между этими шарнирами равно - 0,5 м, шток кулисы имеет ответвление жестко связанное с ним и направленное под углом 90° вниз с правым уклоном, конец которого связан шарнирно с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который нижним своим концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии, равном 0,6 м от неподвижного вращательного шарнира кривошипа, длина ответвления равна 0,55 м, длина шатуна - 0,7 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, кулисой, двумя ползунами, шатуном и балансиром, состоящем из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном под углом 30° к горизонту и шарнирно связанного с первым ползуном, внутри которого проходит шток кулисы с возможностью скольжения, направленный вверх с левым уклоном, который верхним своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, шток кулисы имеет ответвление жестко связанное с ним и направленное под углом 90° вниз с правым уклоном, конец которого связан шарнирно с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который нижним своим концом шарнирно связан с вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, 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 площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и направляющие второго 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, кулисой, двумя ползунами, шатуном и балансиром, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами а, b, с, d, состоит из кривошипа AO1, направленного вниз с левым уклоном под углом 30° к горизонту и шарнирно связанного с первым ползуном 1, внутри которого проходит шток кулисы BE с возможностью скольжения. Шток направлен вверх с левым уклоном, который верхним своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром Е, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром О1, которым кривошип связан со станиной. Расстояние между этими шарнирами равно 0,5 м. Шток кулисы имеет ответвление СЕ, жестко связанное с ним и направленное под углом 90° вниз с правым уклоном, конец которого связан шарнирно с шатуном CD, направленным вниз с правым уклоном. Шатун нижним своим концом шарнирно связан с вторым ползуном 2, расположенным в вертикальных направляющих, ось симметрии которых проходит на расстоянии, равном 0,6 м от неподвижного вращательного шарнира O1 кривошипа. Длина ответвления равна 0,55 м. Длина шатуна - 0,7 м. Длина кривошипа равна 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, шатун CD имеет наружный стержень 3 и клемму 4, расположенную на конце звена. Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O1, E и направляющие второго ползуна 2, 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.
Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, кулисой, двумя ползунами, шатуном и балансиром, состоящий из кривошипа, направленного вниз с левым уклоном под углом 30° к горизонту и шарнирно связанного с первым ползуном, внутри которого проходит шток кулисы с возможностью скольжения, направленный вверх с левым уклоном, который верхним своим концом связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным на одной вертикали с неподвижным вращательным шарниром, которым кривошип связан со станиной, шток кулисы имеет ответвление, жестко связанное с ним и направленное под углом 90° вниз с правым уклоном, конец которого связан шарнирно с шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который нижним своим концом шарнирно связан с вторым ползуном, расположенным в вертикальных направляющих, 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 площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и направляющие второго 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.
