ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ С ОДНИМ КРИВОШИПОМ, ТРЕМЯ ШАТУНАМИ, БАЛАНСИРОМ И ДВУМЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ ПОЛЗУНАМИ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
a
Известен многозвенный шарнирно-рычажный механизм (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.84, рис.83, вар.25), начальное положение опор которого определяется размерами , b, состоящий из кривошипа, направленного вниз с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с первым ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир кривошипа, первый шатун своей серединой шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вертикально вверх, другой конец второго шатуна связан шарнирно с балансиром, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся выше и левее первого ползуна, второй шатун на расстоянии одной трети длины от своего конца шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным со вторым ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир балансира.
Основной недостаток известного многозвенного шарнирно-рычажного механизма заключается в том, что он имеет постоянные размеры рычажных 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 рычажные 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 одним кривошипом, тремя шатунами, балансиром и двумя горизонтальными ползунами, состоящем из кривошипа, направленного вниз с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с первым ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир кривошипа, первый шатун своей серединой шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вертикально вверх, другой конец второго шатуна связан шарнирно с балансиром, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с неподвижным вращательным шарниром, находящимся выше и левее первого ползуна, второй шатун на расстоянии одной трети длины от своего конца шарнирно связан с третьим шатуном, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным со вторым ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир балансира, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам, а горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров и направляющие ползунов 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 рычажных 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.
a
1
1
Шарнирно-рычажный механизм с одним кривошипом, тремя шатунами, балансиром и двумя горизонтальными ползунами, начальное положение опор которого определяется размерами , b, состоит из кривошипа AO, направленного вниз с правым уклоном и шарнирно связанного с первым шатуном АСВ, направленным вверх с левым уклоном. Шатун другим своим концом шарнирно связан в точке В с первым ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир О кривошипа.
Первый шатун своей серединой в точке С шарнирно связан со вторым шатуном CED, направленным вертикально вверх.
2
2
Другой конец второго шатуна связан шарнирно с балансиром DO, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связанным с неподвижным вращательным шарниром O, находящимся выше и левее первого ползуна.
1
Второй шатун на расстоянии одной трети длины от своего конца в точке Е шарнирно связан с третьим шатуном EF, направленным вверх с правым уклоном и шарнирно связанным в точке F со вторым ползуном. Ползун расположен в горизонтальных направляющих, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир O балансира.
2
Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала рычажных звеньев к их концам. Например, балансир DO имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную к концу звена.
1
2
Горизонтальные площадки, на которых находятся основания неподвижных вращательных шарниров O, O и направляющие ползунов выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 3, 4, 5, 6, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 7, 8, 9, 10 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.
1
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
,
1
где ω - 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, Е, D, F. 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.