РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к наглядным демонстрационным пособиям, предназначенным для использования в учебном процессе, в частности, при изучении плоскопараллельного движения тела и его частных случаев (поступательного и вращения вокруг неподвижной оси) в теоретической механике, теории машин и механизмов, а также на стадии начального проектирования в приборостроении, робототехнике и т.д.
Известен плоский четырехзвенный рычажный механизм, состоящий из стойки, кривошипа, шатуна и ползуна, соединенных между собой подвижно (кинематическими парами 5-го класса) так, что пары звеньев стойка-кривошип, кривошип-шатун, шатун-ползун допускают лишь относительный поворот, а пара ползун-стойка -относительное поступательное перемещение (Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учеб. для втузов. - М. Наука, 1988. - С.103-104. рис.4.30, 4.31). В качестве стойки может служить планшет, вдоль плоской поверхности которого движутся звенья механизма. Этот механизм принят нами за прототип.
Это устройство служит для демонстрации конструкции шатунно-ползунного механизма, характера движения его звеньев. Но из-за фиксированных длин звеньев и ориентации направляющей движения ползуна, модель имеет ограниченные возможности для общего подхода к исследованию рычажных механизмов, например, при их анализе и синтезе (проектировании).
Технической задачей полезной модели является расширение демонстрационных и функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в плоском рычажном механизме, содержащем стойку, кривошип, шатун, ползун и направляющую для перемещения ползуна, кривошип и шатун выполнены телескопическими с возможностью фиксации их длин, направляющая для перемещения ползуна имеет возможность поворачиваться и фиксироваться в плоскости движения механизма, к ползуну неподвижно прикреплена планка (линейка)
таким образом, что ее плоскость перпендикулярна направляющей ползуна, на кривошипе закреплен лазерный источник света, луч которого параллелен продольной оси кривошипа и падает на планку ползуна, а на кривошипе, шатуне и ползуне установлены самописцы.
Конструкция этой модели позволяет осуществлять визуальную демонстрацию шатунно-ползунного механизма, его структуры и принципа действия, проверять условие проворачиваемости звеньев не одного конкретного, а множества механизмов, изменяя длины звеньев, вычерчивать и определять характер траекторий, описываемых точками звеньев, место и направление перемещения мгновенного центра скоростей звеньев.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид механизма.
Рычажный механизм состоит из планшета (стойки) 1, кривошипа 2, шатуна 3, ползуна 4, направляющей 5, лазерного источника света 6, планки 7, самописцев 8, которые установлены с возможностью перемещения вдоль звеньев 2, 3, 4 и крепятся на них фиксаторами 9. Все звенья имеют возможность двигаться в плоскости, параллельной плоской поверхности планшета 1. Ведущим звеном механизма является кривошип 2, который может вращаться относительно оси, неподвижно соединенной со стойкой 1.
Требуемое движение выполняет ползун 4, который двигается возвратно-поступательно относительно направляющей 5.
Вращение кривошипа 2 приводит в движение шатун 3 и ползун 4. Самописцы 8, установленные на этих звеньях, вычерчивают траектории произвольных точек. Луч лазерного источника света 6 отслеживает перемещение мгновенного центра скоростей (МЦС) на планке 7. Механизм можно останавливать в любом положении, по заданной угловой скорости кривошипа и его длине найти скорость пальца кривошипа. Для этого положения (да и для любого другого) механизма можно построить планы скоростей и ускорений, а полученные результаты (например, значения и направления угловых скоростей шатуна) проверить с помощью
соответствующего МЦС, фиксируемого на планке 7. Изменяя длины звеньев, можно проверять условия проворачиваемости звеньев и существования кривошипа.
Использование модели рычажного механизма.
Демонстрационные возможности:
- ознакомление учащихся с конструкцией, структурой и принципом действия механизма;
- вычерчивание траекторий точками звеньев (кривошипа, шатуна, ползуна)
- проверка условия проворачиваемости звеньев;
- слежение за движением мгновенного центра скоростей (МЦС) шатуна
- проверка результатов графических методов исследования с помощью МЦС;
- использование механизма для проведения лабораторных работ по плоскому, вращательному и поступательному движению твердого тела.
Конструктивные модификации.
Изменения конструкций кривошипно-ползунного механизма реализуется:
- изменением длин звеньев (они телескопические);
- поворотом и фиксацией направляющей относительно планшета.
Начальное проектирование.
- использование условия существования кривошипа, выражающегося неравенством ,
1
2
где L и L - соответственно длины кривошипа и шатуна, а е - величина эксцентриситета.
Предложенное устройство позволяет более полно и наглядно показать связь между теоретической механикой и теорией механизмов и машин.
Таким образом, предлагаемая модель существенно расширяет демонстрационные и функциональные возможности механизма.