УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ МГНОВЕННОГО ЦЕНТРА СКОРОСТЕЙ ШАТУНА В КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННОМ МЕХАНИЗМЕ

Полезная модель относится к учебным и наглядным пособиям по теоретической механике, теории механизмов и машин и может быть использована в учебном процессе.
Известно устройство для демонстрации положения мгновенного центра скоростей кривошипно-ползунного механизма, которое позволяет обеспечить однозначный показ положения мгновенного центра скоростей шатуна или его отсутствия на приборе, если мгновенный центр скоростей находится за пределами его демонстрационных возможностей (Авторское свидетельство 1320840, 1979).
Прибор состоит из основания, модели кривошипно-ползунного механизма и двух дисков, центры которых совпадают с осью вращения кривошипа, один из которых неподвижен и снабжен двумя прорезями, а другой жестко связан с кривошипом и снабжен радиальными прорезями, расположенными вдоль кривошипа по обе стороны от оси его вращения, и средства для поочередного перекрытия одной из прорезей. Средство для поочередного перекрытия одной из прорезей состоит из установленной за неподвижным диском шторки с вырезом, механизма перемещения шторки, состоящего из направляющей, установленный на тыльной стороне неподвижного диска, расположенного в ней ползуна, связанного со шторкой, и закрепленного на оси вращения эксцентрика, взаимодействующего со шторкой.
Недостатками данного устройства являются
сложность конструкции системы определения положения мгновенного центра скоростей, затрудняющей понимание обучающимися принципа действия прибора;
отсутствует наглядность демонстрации геометрического способа определения координаты мгновенного центра скоростей по правилам теоретической механики;
необходимость применения проекционного фонаря для освещения прорезей дисков.
Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является устройство для определения положения мгновенного центра скоростей шатуна в кривошипно-ползунном механизме (Авторское свидетельство 871180, 1981). Устройство имеет установленную на основании модель кривошипно-ползунного механизма, включающего кривошип, шатун и ползун, перемещаемый в направляющей и две прозрачные пластины с координатными сетками, при этом одна из пластин связана с шатуном, а другая расположена на основании.
Наличие мгновенного центра скоростей и индикация его положения осуществляется следующим образом. Для выбранного дискретного углового положения кривошипа ему сообщают возвратно-вращательное движение, отклоняя его примерно на ±5 градусов от выбранного угла, вследствие чего ползун совершает возвратно-поступательное движение, а шатун плоскопараллельное движение. Учащиеся, наблюдая за взаимным смещением прямоугольных координатных сеток неподвижной и подвижной пластины, соединенной с шатуном, отмечают место неподвижной точки на координатной сетке подвижной пластины, которое и является мгновенным центром скоростей шатуна, соответствующим дискретному угловому положению кривошипа. Поворачивая кривошип в другое дискретное положение и повторяя описанные действия, учащиеся находят новое положение мгновенного центра скоростей. Недостатками данного устройства являются
координатная сетка, применяемая как средство индикации положения мгновенного центра скоростей, не обеспечивает наглядность демонстрации геометрического способа определения положения мгновенного центра скоростей, по правилам теоретической механики;
точность определения положения мгновенного центра скоростей зависит от шага координатной сетки;
положение мгновенного центра скоростей отслеживается на координатной сетке подвижной пластины только дискретно, причем уточнение координаты требует многократного воспроизведения возвратно-вращательного движения кривошипа относительно выбранного дискретного углового положения;
необходимость применения проекционного фонаря для освещения всей площади координатных сеток прозрачных пластин.
Задачей предполагаемой полезной модели, является повышение точности и наглядности экспериментального определения положения мгновенного центра скоростей шатуна кривошипно-ползунного механизма.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве, содержащем вертикально установленную на основании пластину, закрепленную на пластине модель кривошипно-ползунного механизма, включающего кривошип, шатун и ползун, перемещаемый в вертикальной направляющей, и две прозрачные пластины с координатными сетками, при этом одна пластина связана с шатуном, а другая расположена на основании, при этом на оси подвижного шарнира, соединяющего шатун и ползун, установлена перпендикулярно направляющей линейка с измерительной шкалой, а на кривошипе в плоскости вращения и соосно его рычагу консольно закреплен длинный жесткий стержень с возможностью перемещения его свободного конца стержня вдоль измерительной шкалы линейки.
На фиг. 1 изображено фото устройства для определения положения мгновенного центра скоростей. На вертикальной пластине 1 размещен кривошипно-ползунный механизм, состоящий из кривошипа 2, шатуна 3 и ползуна 4, перемещающегося вдоль направляющей 5. На оси подвижного шарнира 6 установлена линейка 7, зафиксированная перпендикулярно направляющей 5. На кривошипе 2 консольно закреплен жесткий стержень 8 с возможностью перемещения его свободного конца вдоль измерительной линейки 7.
Вращают кривошип 2 вместе с консольно закрепленным жестким стержнем 8, и устанавливают кривошип 2 в выбранное угловое положение, вследствие чего ползун 4 и линейка 7 совершают поступательное движение, шатун 3 - плоско-параллельное движение, а свободный конец жесткого стержня 8 перемещается вдоль измерительной линейки 7. В момент остановки кривошипа 2 фиксируется точка пересечения конца стержня 8 с измерительной шкалой линейки 7 и определяется координата положения мгновенного центра скоростей шатуна 3 в пределах демонстрационных возможностей устройства, обусловленных длиной линейки 7 и стержня 8. Переводят кривошип 2 в другое положение и повторяя описанные действия, находят соответствующие координаты мгновенного центра скоростей в этом положении и т.д.
Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с прототипом являются
более высокая точность экспериментального определения положения мгновенного центра скоростей шатуна;
обеспечение возможности непрерывного наблюдения за законом изменения координат положения мгновенного центра скоростей.