Шарнирно-рычажный механизм с кривошипом, шатуном, балансиром 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 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 (Патент РФ 126406, МПК F16H 21/00, 27.03.2013), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, состоящий из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном на расстоянии от его начала, который своим правым концом шарнирно связан с балансиром, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся на расстоянии, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, левый конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше неподвижного вращательного шарнира кривошипа.

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 штоком с камнем, состоящем из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, который своим правым концом шарнирно связан с балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся на расстоянии, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, левый конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше 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 штока клемма направлена к началу звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа, балансира и камня 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 штоком с камнем, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, состоит из кривошипа AO, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном DAB на расстоянии а от его начала. Шатун DAB своим правым концом шарнирно связан с балансиром BC, направленным вверх с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром C, находящимся на расстоянии b, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира O, которым кривошип AO связан со станиной. Левый конец шатуна DAB шарнирно связан со штоком DE, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня 1. Камень 1 связан с неподвижным вращательным шарниром F, находящимся левее и выше неподвижного вращательного шарнира O кривошипа AO на расстоянии с. Длина шатуна DAB равна a+b, длина балансира BC-b, длина кривошипа AO-0,5b.

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 BC имеет наружный стержень 2 и клемму 3, расположенную на конце звена. Только у штока DE клемма направлена к началу звена, к точке D.

Площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O, C, F, соответственно кривошипа AO, балансира BC и камня 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 AO. Для этого ослабляем затяжку резьбовых крепежных элементов клеммы, выдвигаем внутренний стержень из наружного и устанавливаем нужную длину кривошипа AO, а затем жестко соединяем стержни с помощью клеммы затяжкой резьбовых крепежных элементов. При этом изменяется скорость точки A, которая определяется по формуле:

,

где ₁ - угловая скорость кривошипа; - длина кривошипа.

При увеличенной длине кривошипа AO увеличивается и величина скорости точки A. С изменением скорости точки A происходит изменение скоростей и других характерных точек механизма, например, точек B, E, D. Изменяя ступенчато длину кривошипа AO и определяя скорости характерных точек механизма, можно выявлять зависимость величин скоростей точек от длины кривошипа AO. Аналогично можно определять зависимости и величин ускорений характерных точек от длины кривошипа AO, 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 штоком с камнем, состоящий из кривошипа, направленного вверх с правым уклоном и шарнирно связанного с шатуном, который своим правым концом шарнирно связан с балансиром, направленным вниз с левым уклоном и связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся на расстоянии, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях от неподвижного вращательного шарнира, которым кривошип связан со станиной, левый конец шатуна шарнирно связан со штоком, направленным вверх с левым уклоном и проходящим с возможностью скольжения внутри камня, связанного с неподвижным вращательным шарниром, находящимся левее и выше 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 штока клемма направлена к началу звена, площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров кривошипа, балансира и камня 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.