Механізм архімедової спіралі

Винахід стосується машино- та приладобудівної промисловості, стосовно тих механізмів, які використовуються для якісного відтворення кривих. Відомі конструкції механізмів Архімедової спіралі (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиноведение, 1987. - Фиг. на с.24), в якій Архімедову спіраль описує центр шарніра, сполучених між собою шатунів п'ятиланцюгового важільного механізму. Суттєвим недоліком цього механізму є складність конструкції механізму в цілому; необхідність існування додаткового ведучого механізму, щоб узгодити рух вхідних ланок (кількість ступенів вільності цього механізму рівняється двом). Остання обставина ще більш ускладнює конструкцію механізму в цілому. Іншим технічним рішенням є пристрій для відтворення Архімедової спіралі (фиг.г. с.24), що прийнято за прототип. Механізм містить у собі циліндричне зубчасте колесо, яке рухомо насаджено на прямокутний шток. Шток одним кінцем утворює поступальну кінематичну пару з корпусом механізму, а другим кінцем контактує з кулачком. Профіль кулачка є з одного боку - зубчаста рейка, з другого - наклонна площина. Зубчаста рейка взаємодіє з циліндричним зубчастим колесом, а наклонна площина - з роликом, що рухомо насаджений на корпус механізму. При поступальному русі кулачка, останній передаватиме свій рух усім ланкам механізму, в тому числі також і зубчастому колесу. Завдяки прямолінійному профілю кулачка забезпечується незмінне відношення швидкості переміщення та обертання зубчастого колеса. Нерухома точка корпусу, обрана на напрямку руху прямокутного штоку описує Архімедову спіраль, яка твердо закріплена на циліндричному зубчастому колесі. Такий механізм має наступні важливі недоліки: 1. Багатоланцюговість і складність конструкції, що викликає велику масу та габаритні розміри. 2. Існування кулачкового механізму з поступально рухомим кулачком, якому властиві низька зносостійкість, недовговічність та інше. 3. Обмеження можливостей механізму відносно довжини відтворювання Архімедової спіралі. 4. Низька точність відтворення Архімедової,спіралі, внаслідок копіювання на ній помилок виготовлення кулачка. 5. Необхідність використання додаткового механізму, який забезпечить рух кулачка, ще більше ускладнює конструкцію механізму, збільшуючи масу та габаритні розміри. До основи винаходу поставлена задача скласти принципово новий механізм Архімедової спіралі, з використанням планетарної конічної передачі разом із гвинтовим механізмом, що дозволяє спростити конструкцію механізму, підвищити надійність, довговічність і точність відтворення спіралі, зменшити металоємність. Поставлена мета досягається тим, що корпус механізму виготовлений у вигляді конічного колеса. Такий саме вигляд має циліндричне зубчасте колесо прототипу. Прямокутний шток утворює шарнірне сполучення з обома конічними колесами, які зачеплені між собою. Рухоме зубчасте колесо в своєму геометричному центрі утворює гвинтове з'єднання з гвинтом, утворюючи водночас поступову кінематичну пару з прямокутним штоком. У такому механізмі будь-яка точка гвинта описує Архімедову спіраль, що математично доводиться слідуючим. Відомо, якщо відрізок прямої обертається навколо нерухомої точки, та на цьому відрізку водночас рухається точка за законом, прямопропорційно куту обертання, тоді в абсолютному русі вона відтворює криву, яка має назву "Архімедова спіраль" (Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - М.: Наука, 1964. - С.113). Запропонований механізм повторює всі ці рухи: при обертанні штока разом із ним повертається гвинт. Завдяки існуванню гвинтового з'єднання між гвинтом і конічним колесом, відносний кут повороту якого прямопропорційний куту повороту штока, гвинт отримує прямолінійне переміщення відносно центра обертання штоку. Отже, будь-яка точка гвинта описує Архімедову спіраль. Відомо технічне рішення (Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. - М.: Машиноведение, 1976. - Рис.3.120, с.200), в якому корпус виготовлений у вигляді нерухомого конічного колеса, з яким входить у зачеплення рухоме зубчасте колесо (сателіт), яке утворює шарнірне сполучення з водилом, закріпленим твердо з ведучим валом механізму. Цей механізм використовується як передаючий механізм. Відоме також гвинтове з'єднання (рис.10.66 с.611), призначене для перетворення обертального руху на поступальний і навпаки. Проте авторам невідомі технічні рішення, у яких конічна передача враз з гвинтовим механізмом набуває нові функціональні можливості. Технічний наслідок розв'язання цієї задачі, це можливість відтворення Архімедової спіралі будь-якої довжини, спрощення конструкції, підвищення та довголіття праці, а також точності відтворення спіралі. Коли заявлене рішення порівнюється не тільки з прототипом, але і з іншими технічними рішеннями, не знайдене рішення, яке містить у собі східні прикмети, отже воно відповідає рисі "новизна". Сутність заявленого розв'язання пояснюється рисунком (фіг.). Механізм складається з корпуса 1, у якому нерухомо посаджено конічне колесо 2. Із колесом 2 входять до зачеплення друге конічне колесо 3, яке входить до зачеплення з водилом 4. Переміщення колеса 3 удовж його геометричної осі попереджається (виключається) за допомогою пружинного кільця 5. Водило 4 твердо посаджено на вал 6. Останній рухомо посаджений до корпуса 1 за допомогою підшипників. У конічному колесі 3 виконаний гвинтовий отвір, до якого увіходить гвинт 7. Вдовж вала 6 виконаний отвір до якого входить гвинт 7, складаючи поступову кінематичну пару. На валу 6 закріплений палець 8, який входить до продольної канавки, виконаній на гвинті 7. Механізм працює так. Рух від зовнішнього джерела переходить до валу 6. Від валу 6 рух переходить до водила 4. Разом з водилом 4 обертається конічне колесо 3, яке водночас обкатується вздовж нерухомого колеса 2, повертаючись біля своєї геометричної осі. Цей відносний оберт за допомогою гвинтового з'єднання перетворюється у поступове переміщення гвинта 7 з одночасним його обертом разом з валом 6. Галузь вживання заявленого механізму машино та приладобудування, зокрема у станках, які займаються виготовленням кулачків, профільованих Архімедовою спіраллю, патронів металоріжучих станків та інш.