Шарнирно-рычажный механизм с двумя кривошипами, двумя шатунами и горизонтальным ползуном

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 ил.

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, стр.84, задания 141-145), начальное положение опор которого определяется соответствующими размерами а, b, с, d, r, f, состоящий из первого кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым кривошипом, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и правее неподвижного вращательного шарнира, которым первый кривошип связан со станиной, каждый из шарниров расположен на наклонной неподвижной площадке, второй кривошип на расстоянии 0,05 м от верхнего шарнира шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее второго шатуна, а их ось симметрии проходит через неподвижный вращательный шарнир второго кривошипа, длина первого кривошипа равна длине первого шатуна и равна 0.12 м, длина второго кривошипа равна 0,15 м, длина второго шатуна равна 0,5 м, а расстояния между неподвижными вращательными шарнирами кривошипов равны: по горизонтали - 0,04 м, по вертикали - 0,03 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 двумя кривошипами, двумя шатунами и горизонтальным ползуном, состоящем из первого кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым кривошипом, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и правее неподвижного вращательного шарнира, которым первый кривошип связан со станиной, каждый из шарниров расположен на наклонной неподвижной площадке, второй кривошип шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее второго шатуна, а их ось симметрии проходит через неподвижный вращательный шарнир второго кривошипа, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на всех стержнях вниз по уклону, а площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и горизонтальные 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 схема шарнирно-рычажного механизма.

Шарнирно-рычажный механизм с двумя кривошипами, двумя шатунами и горизонтальным ползуном, начальное положение опор которого определяется соответствующими размерами я, b, с, d, r, f, состоит из первого кривошипа ОА, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном АВ, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым кривошипом BDE, направленным вниз с правым уклоном.

Другой конец второго кривошипа связан с неподвижным вращательным шарниром Е, расположенным выше и правее неподвижного вращательного шарнира О, которым первый кривошип связан со станиной. Каждый из шарниров расположен на наклонной неподвижной площадке.

Второй кривошип на расстоянии 0,05 м от верхнего шарнира в точке D шарнирно связан со вторым шатуном DC, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с ползуном 1, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее второго шатуна АВ, а их ось симметрии проходит через неподвижный вращательный шарнир Е второго кривошипа.

Длина первого кривошипа ОА равна длине первого шатуна АВ и равна 0.12 м. Длина второго кривошипа равна 0,15 м. Длина второго шатуна DC равна 0,5 м, а расстояния между неподвижными вращательными шарнирами О и Е кривошипов равны: по горизонтали - 0,04 м, по вертикали - 0,03 м.

Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на всех стержнях вниз по уклону. Например, второй шатун DC имеет наружный стержень 2 с клеммой 3, расположенной на конце стержня. Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров О и Е и горизонтальные направляющие ползуна 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 АО. 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 - 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 двумя кривошипами, двумя шатунами и горизонтальным ползуном, состоящий из первого кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан со вторым кривошипом, направленным вниз с правым уклоном, другой конец которого связан с неподвижным вращательным шарниром, расположенным выше и правее неподвижного вращательного шарнира, которым первый кривошип связан со станиной, каждый из шарниров расположен на наклонной неподвижной площадке, второй кривошип шарнирно связан с вторым шатуном, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее второго шатуна, а их ось симметрии проходит через неподвижный вращательный шарнир второго кривошипа, отличающийся тем, что все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на всех стержнях вниз по уклону, а площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и горизонтальные 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.