ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ С ОДНИМ СЛОЖНЫМ КРИВОШИПОМ, ДВУМЯ ШАТУНАМИ, ОДНИМ ПОЛЗУНОМ И ОДНИМ БАЛАНСИРОМ

Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, по теории механизмов и машин и другим общетехническим дисциплинам технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен многозвенный шарнирно-рычажный механизм (Анализ и синтез плоских механизмов /Маркин Ю.С., Наумов Л.Г., Маркин О.Ю. и др./ Под редакцией д. т.н., профессора Маркина Ю.С. - Казань, Татарское кн. изд-во, 2003, стр.69, задания 66-70), начальное положение опор и размер звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, состоящий из кривошипа, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, больший катет которого направлен вверх с левым уклоном и шарнирно связан с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир, которым кривошип связан со станиной, меньший катет кривошипа, связанный с неподвижным вращательным шарниром и направленный вверх с правым уклоном, шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связан с ползуном, с которым связан первый шатун, длина шатунов одинакова, длина балансира равна половине длины шатуна, длина большего катета треугольника равна четверти длины шатуна, а длина меньшего катета находится между одной шестой и одной седьмой частями длины шатуна.
Основной недостаток известного многозвенного шарнирно-рычажного механизма заключается в том, что он имеет постоянные размеры 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 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-рычажныом механизме с одним сложным кривошипом, двумя шатунами, одним ползуном и одним балансиром, состоящем из кривошипа, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, больший катет которого направлен вверх с левым уклоном и шарнирно связан с первым шатуном, направленным вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном, расположенным в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир, которым кривошип связан со станиной, меньший катет кривошипа, связанный с неподвижным вращательным шарниром и направленный вверх с правым уклоном, шарнирно связан со вторым шатуном, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связан с ползуном, с которым связан первый шатун, длина шатунов одинакова, длина балансира равна половине длины шатуна, длина большего катета треугольника равна четверти длины шатуна, а длина меньшего катета находится между одной шестой и одной седьмой частями длины шатуна, согласно нашему предложению, все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам, стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими, у стержней катетов треугольника клеммы направлены к неподвижному шарниру, а клемма гипотенузного стержня направлена вниз по уклону, площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира кривошипа, и направляющие ползуна 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 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.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Шарнирно-рычажный механизм с одним сложным кривошипом, двумя шатунами, одним ползуном и одним балансиром, начальное положение опор и размер звеньев которого определяются соответствующими размерами a, b, c, состоит из кривошипа ACO, представляющего собой жесткий прямоугольный треугольник, больший катет АО которого направлен вверх с левым уклоном и шарнирно связан с первым шатуном АВ. Шатун направлен вниз с правым уклоном, который своим нижним концом шарнирно связан с ползуном 1. Ползун расположен в горизонтальных направляющих, находящихся правее шатуна, ось симметрии которых проходит через неподвижный вращательный шарнир O, которым кривошип связан со станиной. Меньший катет кривошипа СО, связанный с неподвижным вращательным шарниром O и направленный вверх с правым уклоном, шарнирно связан со вторым шатуном AD, направленным вверх с левым уклоном, который другим своим концом шарнирно связан с балансиром DB, направленным вниз с правым уклоном и шарнирно связан с ползуном 1, с которым связан первый шатун. Длина шатунов одинакова, длина балансира равна половине длины шатуна, длина большего катета треугольника равна четверти длины шатуна, а длина меньшего катета находится между одной шестой и одной седьмой частями длины шатуна. Все рычажные звенья механизма выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными от начала звеньев к их концам. Например, шатун АВ имеет наружный стержень 2 и клемму 3, расположенную на конце звена. Стороны жесткого треугольника также выполнены телескопическими. У стержней катетов треугольника AO и СО клеммы направлены к неподвижному шарниру O, а клемма гипотенузного стержня AC направлена вниз по уклону. Площадка, на которой находится основание неподвижного вращательного шарнира O кривошипа, и направляющие ползуна 1 выполнены с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих соответственно 4, 5, которые закреплены к станине с возможностью перемещения их вдоль горизонтальных направляющих соответственно 6, 7 и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Шарнирно-рычажный механизм работает следующим образом.
1
Например, изменяем длину кривошипа AO. 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, D. 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.