ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЧЕТЫРЁХЗВЕННЫЙ ВИНТО-РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ
SPATIAL FOUR-LINK, SCREW-LEVER MECHANISM

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам, имеющим возможность преобразовывать относительное вращательное движение в заданное движение выходных звеньев.
Аналогом является кулисный механизм [1, с. 35, рис 33, б]. В этом механизме три подвижных звена: кривошип, камень и кулиса, но этот механизм не может относиться к пространственным, все его звенья совершают движения в одной плоскости.
3
4
5
Наиболее близким к предлагаемому механизму является пространственный кривошипно-коромысловый механизм [2, с. 103, табл. 3., рис. 7.б]. Он состоит из стойки, кривошипа, шатуна и коромысла. Кривошип выполнен за одно целое со сферическим геометрическим элементом, соединяющим кривошип и стойку, образующим трехподвижную сферическую кинематическую пару (р). Шатун со стороны коромысла и кривошипа соединен в двухподвижные цилиндрические кинематические пары (р), а коромысло соединено со стойкой в одноподвижную вращательную кинематическую пару (р).
Известно, что подвижность пространственных механизмов определяется формулой Малышева А.П. [3, стр. 67], имеющей вид
где W - подвижность механизма, n - число подвижных звеньев.
Из (1) подвижность механизма-прототипа равна
W=6·3-5·1-4·2-3·1=18-16=2,
что означает необходимость использовать два ведущих звена (привода) для обеспечения заданного закона движения звеньев механизма.
Задачей настоящего изобретения является создание такого механизма, который при одном приводе обеспечит заданный закон движения всем звеньям механизма.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается пространственный четырехзвенный винто-рычажный механизм, включающий в себя кривошип, шатун и коромысло, при этом кривошип и шатун выполнены в виде винта и гайки, образующих между собой одноподвижную винтовую кинематическую пару, гайка которой связана с коромыслом через двухподвижную цилиндрическую кинематическую пару, а винт входит в трехподвижную сферическую кинематическую пару со стойкой.
3
5
4
5
Схема предлагаемого механизма показана на чертеже. Механизм состоит из неподвижного звена - стойки 1, относительно которой рассматривается движение, и трех подвижных звеньев: кривошипа 2, шатуна 3 и коромысла 4. Кривошип 2 входит со стойкой 1 в трехподвижную сферическую кинематическую пару (р), а с шатуном 3 - в одноподвижную винтовую кинематическую пару (pBT). Коромысло 4 входит с шатуном 3 в двухподвижную цилиндрическую кинематическую пару (р), а со стойкой 1 - в одноподвижную вращательную кинематическую пару (р).
5
4
3
Подвижность пространственных механизмов определяется по формуле (1). В предлагаемом четырехзвеннике используются три подвижных звена (n=3), две пары пятого класса (р=2), одна пара четвертого класса (р=1) и одна пара третьего класса (p=1). С учетом приведенных значений формула (1) примет вид
W=6·3-5·2-4·1-3·1=18-17=1,
т.е. при движении кривошипа 2 все остальные звенья получат заданные перемещения.
1
5
5
4
5
Работает механизм следующим образом. При вращении кривошипа 2 вокруг оси OA он через одноподвижную винтовую кинематическую пару p(ВТ) воздействует на шатун 3, который сместится выше или ниже в зависимости от направления вращения кривошипа 2. Шатун 3 в свою очередь воздействует через одноподвижную винтовую кинематическую пару p(ВТ) на кривошип 2 и через двухподвижную цилиндрическую кинематическую пару р на коромысло 4, принуждая коромысло 4 и кривошип 2 поворачиваться вправо или влево относительно стойки 1. Если резьбовое соединение p(ВТ) является самотормозящимся, то коромысло 4 будет находиться в строго определенном положении, а передача движения от коромысла 4 к кривошипу 2 будет исключена.
Литература
1. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. Учебное пособие. Изд. 5-е стереотип. М.: Машиностроение, 1975, 494 с.
2. Лебедев П.А. Кинематика пространственных механизмов. М.-Л.: Машиностроение, 1966, 279 с.
3. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: Наука, 1965.