ВИНТО-РЫЧАЖНЫЙ ПЯТИЗВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к винто-рычажным механизмам общего назначения.
Известен винто-рычажный механизм [1, стр. 950, №2226], включающий в свой состав стойку, кривошип, шатун и винт. В этом механизме кинематические пары стойка-кривошип и кривошип-шатун выполнены вращательными, пара шатун-винт выполнена сферической, а пара винт-стойка выполнена винтовой. Недостаток механизма заключается в том, что он имеет лишнюю степень свободы (подвижность) за счет использования в нем сферической кинематической пары. Это приводит к потерям мощности и, соответственно, уменьшает коэффициент полезного действия механизма.
Наиболее близким к заявляемому устройству является винтовой механизм [2, стр. 90, сх. б], состоящий из стойки, кривошипа, шатуна, винта и гайки. Механизм имеет одну степень свободы и служит для преобразования вращательного движения гайки в поступательное движение винта. Этот механизм принимается за прототип заявляемого.
Недостаток прототипа состоит в том, что выходное звено (винт) не может совершать пространственное винтовое движение. Выходное звено движется строго поступательно (в плоскости чертежа), т.к. входит во вращательную кинематическую пару с шатуном, работающим в этой же плоскости.
Задачей полезной модели является создание такого устройства, в котором выходное звено могло бы совершать пространственное винтовое движение.
Винто-рычажный пятизвенный механизм, включающий стойку, кривошип, шатун, винт и гайку, при этом стойка входит с гайкой в винтовую кинематическую пару, при этом схват для перемещения или поворота объектов выполнен с гайкой за одно целое.
На фиг. представлен винто-рычажный пятизвенный механизм. Механизм состоит из стойки 7, кривошипа 2, шатуна 3, винта 4 и гайки 5, выполненной за одно целое со схватом 6.
Кривошип 2 входит со стойкой 1 и шатуном 3 во вращательные кинематические пары пятого класса, винт 4 образует с шатуном 3 вращательную кинематическую пару пятого класса, со стойкой 1 - поступательную пару пятого класса, с гайкой 5 - винтовую пару пятого класса, гайка 5 и стойка / соединяются через винтовую кинематическую пару пятого класса.
Винто-рычажный пятизвенный механизм относится к неодносемейственным механизмам. В нем звенья 1, 2, 3 и 4 образуют кривошипно-ползунный механизм третьего семейства [3, стр. 88], подвижность которого определится по формуле [3, стр. 85, формула (3.8)], как
3
5
W=3n-2p=3·3-2·4=9-8=1.
Звено 5 образует однозвенную группу нулевой подвижности (W4=0) четвертого семейства [3, стр. 89], которая через винтовую пару 4-5 присоединяется к кривошипно-ползунному механизму, а через пару 5-1 - к стойке. Подвижность этой группы определится по формуле [3, стр. 85, формула (3.9)]
4
5
W=2n-p=2·1-1·2=0.
Таким образом, общая подвижность заявляемого устройства оказывается равной
3
4
W=W+W=1+0=1.
Полученный результат доказывает, что в механизме достаточно задать движение любому из звеньев, чтобы вся система начала двигаться вполне определенно.
Принцип работы винто-рычажного пятизвенного механизма заключается в следующем. Задавая вращение кривошипу 2 (входное звено), шатун 3 передаст движение винту 4, который, накручивая на себя гайку 5 (выходное звено), приведет ее в движение. Схват 6, жестко установленный на гайке 5, служит для перемещения или поворота объекта (заготовки) на требуемый угол, который всегда может быть определен через шаг резьбы винта. Винто-рычажный пятизвенный механизм может быть также применен при обработке внутренних поверхностей, где обрабатывающему элементу должно быть задано движение по винтовой траектории. В этом случае вместо схвата 6 на гайке должен быть установлен резец.
Использованные источники
1. Артоболевский, И.И. Механизмы в современной технике. Том II. Рычажные механизмы [Текст] / И.И. Артоболевский. Изд-во «Наука», гл. редакция физ.-мат. лит-ры, 1971, 1008 с.
2. Крайнев, А.Ф. Механика машин: Фундаментальный словарь [Текст] / А.Ф. Крайнев. 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2001. - 904 с.
3. Артоболевский И.И. Теория механизмов [Текст] / И.И. Артоболевский. Изд-во «Наука», гл. редакция физ.-мат. лит-ры, 1965, 776 с.