КУЛАЧКОВО-КОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, теории механизмов и машин, а также по деталям машин технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен кулачково-коромысловый механизм с плоской тарелкой и приложенной к нему внешней силой (Шитиков Б.В. Основы теории механизмов: Учеб. пособие. Вып. VIII. Изд. II-е. - Казань: Казанский хим. - технолог. ин-т им. С.М. Кирова, 1971, стр.7, фиг.10), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, состоящий из кулачка с приводом, на кулачок опирается ролик, шарнирно связанный с левой частью стержневого треугольного коромысла, нижняя левая сторона которого с правым уклоном под углом 23° к горизонтали вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка на расстояниях: по горизонтали на a, по вертикали на b, стержень правого плеча коромысла направлен под углом 25° к горизонтали, кулачок представляет собой выпукло-вогнутый и замкнутый контур, соответствующее положение занимает центр массы коромысла: на расстоянии e от оси вращения и под углом 60°к горизонтали, а максимальный угол поворота центра массы составляет 75°.
Основной недостаток известного кулачково-коромыслового механизма заключается в том, что он имеет постоянное положение опор, не позволяющих проводить исследования по отысканию зависимостей, например, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения их взаимного положения и размеров звеньев.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы сделать опоры механизма, изменяющими свое взаимное положение и размеры звеньев с тем, чтобы можно было проводить исследования по выявлению зависимостей величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения их опор и размеров звеньев.
Технический результат достигается тем, что в кулачково-коромысловом механизме, состоящем из кулачка с приводом, причем на кулачок, представляющий собой выпукло-вогнутый и замкнутый контур, опирается ролик, шарнирно связанный с левой частью стержневого треугольного коромысла, которое вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка, согласно нашему предложению, основание неподвижного вращательного шарнира коромысла выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Такое исполнение кулачково-коромыслового механизма позволило изменять взаимное положение его опор и исследовать зависимость, например, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения опор.
На фиг.1 представлена принципиальная схема кулачково-коромыслового механизма, а на фиг.2 - план приложенных к механизму сил.
B
Кулачково-коромысловый механизм с роликом и приложенной к нему внешней силой Q, направленной под углом 30° к вертикали, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, d, e, состоит из кулачка 1 с приводом, не показанным на схеме.
На кулачок 1 опирается ролик 2, шарнирно связанный с левой частью стержневого треугольного коромысла 3, нижняя левая сторона которого с правым уклоном под углом 23° к горизонтали вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира D находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира O кулачка 1 на расстояниях: по горизонтали на a, по вертикали на b, стержень правого плеча треугольного коромысла 3 направлен под углом 25° к горизонтали. Кулачок 1 представляет собой выпукло-вогнутый и замкнутый контур. Соответствующее положение занимает центр S массы треугольного коромысла - на расстоянии e от оси вращения и под углом 60 к горизонтали. Максимальный угол поворота центра S массы составляет 75. Основание неподвижного вращательного шарнира D треугольного коромысла 3 выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 4, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 5 станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Кулачково-коромысловый механизм работает следующим образом.
B
C
D
При вращении кулачка 1 с угловой скоростью а) (фиг.1), под действием внешней силы Q приложенной к треугольному коромыслу 3, возникает сила Q, направленная вдоль общей нормали кулачка 1 и ролика 2. Трением качения ролика 2 по кулачку 1 обычно пренебрегают. В точке A возникает реакция связи (неподвижного вращательного шарнира D) Q.
Чтобы провести анализ сил, приложенных к звеньям, профиль кулачка 1 надо разбить на какое-то количество одинаковых более мелких углов.
Для каждого положения точки C надо строить заменяющие механизмы и определять скорости и ускорения характерных точек A, S, B треугольного коромысла 3, а также его угловую скорость и угловое ускорение. Далее надо привести силы, приложенные к коромыслу 3, к главному вектору и к главному моменту и заменить их равнодействующей.
C
После этого надо воспользоваться свойствами равнодействующей -теоремой Вариньона (момент равнодействующей системы сил относительно центра D должен быть равен алгебраической сумме моментов от сил составляющих), и определить силу Q.
D
Равнодействующая равна геометрической сумме приложенных к треугольному коромыслу 3 сил . Силу Q можно определить из построенного плана сил, представленного на фиг.2. Приведенные теоретические рассуждения помогают понять работу кулачково-коромыслового механизма.
Предложенный механизм позволяет изменять расстояния между опорами и изменять размеры звеньев, как по вертикали, так и по горизонтали между шарнирами O кулачка 1 и D треугольного коромысла 3, что позволяет проводить исследования по выявлению зависимостей значений сил, приложенных к коромыслу, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения их опор и размеров звеньев.