В настоящей работе обосновывается устройство и принцип действия пятизвенного винто-рычажного механизма [1], показанного на рис. 1.
Рис. 1. Кинематическая схема пятизвенного винто-рычажного механизма
Механизм состоит из стойки 1, кривошипа 2, шатуна 3, винта 4 и гайки 5, выполненной за одно целое со схватом 6. Принцип работы 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.
Рассматриваемый механизм относится к неодносемейственным [2]. В нем звенья 1, 2, 3 и 4 образуют кривошипно-ползунный механизм третьего семейства, подвижность которого определится по формуле [3, стр. 85, формула (3.8)], как
W3=3n–2p5=3∙3–2∙4=9–8=1.
Звено 5 образует однозвенную группу нулевой подвижности (W4=0) четвертого семейства, которая через винтовую пару 4-5 присоединяется к кривошипно-ползунному механизму, а через пару 5-1 – к стойке. Подвижность этой группы найдем по формуле [3, стр. 85, формула (3.9)]
W4=2n–p5=2∙1–1∙2=0.
Таким образом, общая подвижность механизма оказывается равной
W=W3+W4=1+0=1.
Полученный результат гарантирует достаточность задания движения любому из звеньев механизма, чтобы вся система начала двигаться определенно.
В системе автоматизированного проектирования T-FLEX-CAD 3D была разработана трехмерная параметрическая модель механизма, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Трехмерная модель пятизвенного винто-рычажного механизма
Разработанная трехмерная модель позволяет не только подобрать параметры механизма и выявить траекторию движения выходного звена, но и решить другую важную задачу, а именно, по заданному движению выходного звена подобрать параметры механизма. Угол поворота выходного звена может регулироваться путем изменения шага резьбы винта.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Германской службы академических обменов DAAD в рамках программы «Михаил Ломоносов»