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 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.13), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, с, d, состоящий из кулачка с приводом, на кулачок опирается плоская тарелка с правым уклоном под углом 5°, принадлежащая левой части двустороннего коромысла, которое вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка на расстояниях: по горизонтали на a мм, по вертикали на b мм, стержень левого плеча коромысла направлен горизонтально, а стержень правого плеча коромысла направлен под углом 23° к горизонтали, кулачок представляет собой выпуклый и замкнутый контур, соответствующее положение занимает центр массы коромысла: на расстоянии е от оси вращения и под углом 45° к горизонтали, а максимальный угол поворота центра массы составляет 85°.
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 выпуклый и замкнутый контур, опирается плоская тарелка с правым уклоном, принадлежащая стержню левого плеча двуплечего коромысла, которое вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка, при этом стержень левого плеча двуплечего коромысла направлен горизонтально, а стержень правого плеча коромысла направлен под углом к горизонтали, согласно нашему предложению, стержень левого плеча и стержень правого плеча двуплечего коромысла выполнены телескопическими, внешние стержни которых снабжены клеммами на концах, направленными вправо, основание неподвижного вращательного шарнира двуплечего 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 опор и размеры одного из его звеньев и исследовать зависимость, например, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения опор и размеров его звеньев.
На фиг.1 представлена принципиальная схема кулачково-коромыслового механизма, а на фиг.2 - план приложенных к механизму сил.
в
Кулачково-коромысловый механизм с приложенной к нему внешней силой Q, направленной под углом 55° к вертикали, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, с, d, е, состоит из кулачка 1 с приводом, не показанным на схеме.
На кулачок, представляющий собой выпуклый и замкнутый контур, опирается плоская тарелка 2 с правым уклоном под углом 5°. Плоская тарелка 2 принадлежит стержню левого плеча двуплечего коромысла 3, которое вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира A, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира О кулачка на расстояниях: по горизонтали на a мм, по вертикали на b мм.
Стержень AD левого плеча двуплечего коромысла направлен горизонтально, а стержень AB правого плеча двуплечего коромысла направлен под углом 23° к горизонтали. Угол между стержнями AD и AB двуплечего коромысла составляет 157°.
H
В
Соответствующее положение занимает центр массы S двуплечего коромысла: на расстоянии е от оси вращения и под углом 45° к горизонтали, а максимальный угол поворота центра массы S двуплечего коромысла между точками S и S составляет 85°.
Левый AD и правый AB стержни двуплечего коромысла выполнены телескопическими, внешние стержни которых снабжены клеммами на концах, направленными вправо. Например, правый стержень AB двуплечего коромысла имеет наружный стержень 4 и клемму 5, расположенную на конце стержня и направленную вправо.
Основание неподвижного вращательного шарнира A двуплечего коромысла выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 6, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 7 станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Кулачково-коромысловый механизм работает следующим образом.
B
C
C
A
C
A
При вращении кулачка 1 с угловой скоростью ω (фиг.1), под действием внешней силы Q, приложенной к двуплечему коромыслу 3, возникает сила Q, направленная под углом δ давления к плоской тарелке 2. Углом δ давления принято считать угол, образованный вектором скорости точки С и силой Q. Для рассматриваемого случая угол δ давления равен углу трения скольжения материалов кулачка 1 и плоской тарелки 2. В точке A возникает реакция связи (неподвижного вращательного шарнира) Q. Чтобы провести анализ сил, приложенных к звеньям, профиль кулачка 1 надо разбить на некоторое количество одинаковых, более мелких, углов. Для каждого положения точки С надо строить заменяющие механизмы и определять скорости и ускорения характерных точек С и S двуплечего коромысла с плоской тарелкой, а также его угловую скорость и угловое ускорение. Далее надо привести силы, приложенные к двуплечему коромыслу, к главному вектору и к главному моменту и заменить их равнодействующей. После этого надо воспользоваться свойствами равнодействующей: теоремой Вариньона (момент равнодействующей системы сил относительно центра С должен быть равен алгебраической сумме моментов от сил составляющих) и определить силу Q. Затем: равнодействующая равна геометрической сумме приложенных к коромыслу сил . Силу Q можно определить из построенного плана сил, представленного на фиг.2. Приведенные теоретические рассуждения помогают понять работу кулачково-коромыслового механизма. После изготовления кулачково-коромысловый механизм нуждается в экспериментальном исследовании. С помощью соответствующих датчиков можно определять силы, приложенные к звеньям, и сравнивать их с теоретическими значениями.
Предложенный кулачково-коромысловый механизм позволяет изменять расстояния между опорами и изменять размеры звеньев с помощью телескопических соединений. Для этого предусмотрено изменение расстояний, как по вертикали, так и по горизонтали между неподвижными вращательными шарнирами О и A, соответственно кулачка и двуплечего коромысла.
Таким образом, поставленная задача перед полезной моделью полностью выполнена. Опоры механизма выполнены изменяющими свое взаимное положение. Это дает возможность 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.