Результат интеллектуальной деятельности: МЕХАНИЗМ ДЛЯ ВЫЧЕРЧИВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КРИВЫХ

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.

Известен кулисно-рычажный механизм для огибания эллипсов [Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том И. Рычажные механизмы. Издательство «Наука», гл. редакция физ.-мат. лит-ры, 1971, 1008 с. (стр. 88, механизм No. 1046)]. Недостатком такого механизма является невозможность воспроизведения пространственной кривой, так как механизм выполнен плоским.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является механизм для воспроизведения пространственных кривых (Патент RU №2309051 МПК B43L 11/00, опубл. 27.10.2007). Механизм для воспроизведения пространственных кривых включает стойку, кривошип, шатун, выполненный в виде винта, взаимодействующего с гайкой, с жестко установленным на ней элементом, воспроизводящим кривую, и коромысло. Кинематические пары между стойкой и кривошипом, кривошипом и шатуном, стойкой и коромыслом выполнены вращательными с параллельными осями, а кинематическая пара между гайкой и коромыслом выполнена вращательной с осью, перпендикулярной осям остальных вращательных кинематических пар и совпадающей с продольной осью шатуна, образующего винтовую кинематическую пару с гайкой. Всего в механизм входит четыре подвижных звена (n=4) и пять кинематических пар пятого класса (p₅=5). Подвижность механизма определяется по формуле [Артоболевский И.И. Теория механизмов. Изд-во «Наука», гл. редакция физ.-мат. лит-ры, 1965, 776 с.]

что гарантирует определенность движения всех звеньев механизма при задании движения единственному ведущему звену, кривошипу. Механизм позволяет воспроизводить пространственную винтовую траекторию с постоянным шагом и криволинейной осью.

Механизм для воспроизведения пространственных кривых принимается за прототип. Недостатком прототипа является то, что выходным звеном в нем является гайка. В связи с тем, что расстояние от вращательной пары шатуна до гайки в процессе работы данного механизма является переменным, это требует выполнения элемента, воспроизводящего пространственную кривую, относительно длинным для того, чтобы исключить пересечение воспроизводимой кривой с шатуном. Вместе с тем, увеличение длины элемента будет приводить к дополнительным инерционным нагрузкам. Также механизм прототипа не позволяет одновременно воспроизводить разные типы пространственных кривых в силу того, что только одно звено механизма - гайка выходит из плоскости движения всех остальных звеньев.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей прототипа путем введения дополнительных подвижных звеньев, совершающих пространственное движение, и установки на них элемента, воспроизводящего пространственные кривые.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что предлагается механизм для вычерчивания пространственных кривых, включающий стойку, кривошип, шатун, выполненный в виде винта, взаимодействующего с гайкой, коромысло и элемент, воспроизводящий пространственную кривую, причем кинематические пары между стойкой и кривошипом, кривошипом и шатуном, стойкой и коромыслом выполнены вращательными с параллельными осями, а кинематическая пара между гайкой и коромыслом выполнена с осью вращения, перпендикулярной этим осям, при этом, механизм снабжен дополнительным коромыслом, образующим со стойкой сферическую кинематическую пару, и выходным звеном, входящим в поступательную кинематическую пару с дополнительным коромыслом, причем выходное звено жестко соединено с элементом, воспроизводящим пространственную кривую, и образует двухподвижную кинематическую пару со стержнем, жестко установленным на гайке.

Технический эффект, получаемый при реализации изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей, а именно, появляется возможность воспроизведения пространственной кривой, которая не будет пересекаться с подвижными звеньями механизма в процессе его работы.

На фиг. 1 показан механизм для вычерчивания пространственных кривых. На фиг. 2 показана двухподвижная сферическая кинематическая пара.

Механизм для вычерчивания пространственных кривых состоит из неподвижного звена - стойки 1, кривошипа 2, шатуна 3, выполненного в виде винта, гайки 4 с жестко установленным на ней стержнем 5, коромысла 6, дополнительного коромысла 7, выходного звена 8 и элемента 9, воспроизводящего пространственную кривую, и жестко установленного на выходном звене 8.

Кинематические пары между стойкой 1 и кривошипом 2, кривошипом 2 и шатуном 3, стойкой 1 и коромыслом 6 выполнены вращательными с параллельными осями. Кинематическая пара между гайкой 4 и коромыслом 6 выполнена вращательной с осью, перпендикулярной осям остальных вращательных кинематических пар и совпадающей с продольной осью шатуна 3, образующего винтовую кинематическую пару с гайкой 4. Кинематическая пара между стойкой 1 и дополнительным коромыслом 7 выполнена сферической, между дополнительным коромыслом 7 и выходным звеном 8 выполнена поступательной, между выходным звеном 8 и стержнем 5 выполнена двухподвижной с двумя относительными вращениями.

Подвижность механизма определяется следующим образом. Так как в состав механизма входят две кинематических цепи (звеньев 1-6 и звеньев 7-9), их подвижность определяется независимо друг от друга. Подвижность звеньев 1-6 вычисляется по формуле (1) и равна W=1, а подвижность звеньев 7-9 определится по формуле Малышева А.П. Кинематическая цепь звеньев 7-9 имеет n=2, р₅=1, р₄=1 и p₃=1, тогда ее подвижность будет равна

Тогда суммируя результаты, полученные по формулам (1) и (2), определим, что механизм обладает одной степенью подвижности W=1. В нем движение задается кривошипу 1, являющемуся ведущим звеном.

Принцип работы механизма заключается в следующем. Задавая вращение кривошипу 2, шатун 3 начнет вкручиваться в гайку 4, тем самым, приводя ее в движение. При этом длина между кинематическими парами 2-3 и 3-4 будет переменной. Стержень 5, жестко соединенный с гайкой 4, передаст движение выходному звену 8 через кинематическую пару звеньев 5-8. Выходное звено 8, ориентируемое в пространстве стержнем 5 и дополнительным коромыслом 7, будет направлять элемент 9, воспроизводящий кривую, по заданной пространственной траектории.

Изобретение позволяет воспроизводить пространственные кривые, которые не будут пересекаться с подвижными звеньями механизма в процессе его работы. Применение механизма целесообразно при обработке внутренних поверхностей различной кривизны, лазерной резки, воспроизведении пространственных кривых, где выходному звену должно быть задано пространственное движение по сложной траектории.