Самоустанавливающаяся пятиконтактная вращательная кинематическая пара

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям деталей машин. Кинематическая пара включает самоустанавливающуюся трехподвижную кинематическую пару, представляющую собой подвижное звено в виде шара, взаимодействующего с трехгранной лункой. Подвижное звено выполнено в виде двух шаров, соединенных между собой жестко стержнем. Второй шар взаимодействует с двухгранным желобом, представляющим единое целое с трехгранной лункой. Технический результат - данная конструкция исключает возможность проворачиваемости подвижного звена относительно осей, перпендикулярных оси заданного вращения. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям деталей машин.

В известном патенте [1] указывается на существование различных пар по числу контактов между звеньями. Там записано: "сферическая с пальцем пара есть пара двухконтактная. Возможно и большее число контактов между звеньями".

Известна самоустанавливающаяся трехподвижная кинематическая пара, представляющая собой подвижное звено в виде шара, взаимодействующего с трехгранной лункой [2, с. 57, рис. 1.46, 3а]. В такой паре возможны три относительных движения вокруг всех трех осей декартовой системы координат.

Возможность гарантированной самоустановки шара в трехгранной лунке, казалось бы, естественно показывает путь нахождения самоустанавливающейся кинематической пары с одной степенью свободы, т.е. одноподвижной - вращательной.

Однако вариант с трехгранной лункой есть предельный случай. Шар может самоустанавливаться на плоскости и в двухгранном желобе, но ни в четырехгранной, ни в пятигранной лунке шар самоустанавливаться не может, он гарантированно будет контактировать лишь с тремя плоскостями, что с очевидностью вытекает из теоремы о трех силах [3, с. 36, пункт 3]. По этой причине, в частности, на практике широкое применение получила так называемая одноподвижная вращательная кинематическая пара [4, табл. 1, вторая снизу], представляющая собой цилиндрический валик с двумя буртиками и взаимодействующую с ним цилиндрическую втулку. Однако это техническое решение имеет существенные недостатки. Вследствие неизбежной неточности изготовления цилиндрических поверхностей валика и втулки, обусловленной случайностями результатов при механической обработке деталей, контакт в такой паре не может быть обеспечен по всей цилиндрической поверхности, нельзя также гарантированно обеспечить совмещение геометрических осей валика и втулки. Кроме того, неизбежны осевые зазоры между втулкой и валиком, приводящие к относительным их осевым смещениям. В целом такая пара оказывается несамоустанавливающейся и более чем одноподвижной, что обуславливает отклонение от теоретически заданных движений. Никакие усовершенствования пары валик-втулка не дают точного решения задачи - самоустановки.

На этом основании при создании самоустанавливающейся вращательной кинематической пары за прототип принимаем самоустанавливающуюся пару - шар в трехгранной лунке [2, с. 57, рис. 1.46, 3а]. Недостатком такой пары является возможность проворачиваемости подвижного звена относительно осей, перпендикулярных оси заданного вращения.

Задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка прототипа, что достигается тем, что подвижное звено выполняется в виде двух шаров, соединенных между собой жестко стержнем, при этом второй шар взаимодействует с двухгранным желобом, представляющим единое целое с трехгранной лункой.

На чертеже изображена предлагаемая самоустанавливающаяся пятиконтактная кинематическая пара. Пара состоит из шара 1, взаимодействующего с трехгранной лункой 2, и шара 3, взаимодействующего с двухгранным желобом 4, при этом шары 1 и 3 жестко связаны между собой, например, прямолинейным стержнем 5, а трехгранная лунка и двухгранный желоб представляют собой единое целое.

Кинематическая пара работает следующим образом. Так как шар 1 в двухгранном желобе и шар 3 в трехгранной лунке самоустанавливаемы, то жесткая связь шаров посредством стержня 5 не нарушит самоустановки, т.к. двухгранный желоб вдоль оси X не ограничен какими-либо условиями, следовательно, вся система становится самоустанавливающейся, число контактов между звеном, состоящим из частей 1, 3 и 5, и звеном, состоящим из частей 2 и 4, окажется равным пяти. При этом невозможными станут движения вокруг и вдоль оси Z, вокруг и вдоль оси Y, вдоль оси X, т.е. пара становится одноподвижной, обеспечивающей одно вращательное движение вокруг оси X.

Источники информации 1. Двухконтактная кинематическая пара. Патент РФ N 2098701 Бюл. N 34, 1997 г.

2. Кожевников С. Н. Основания структурного синтеза механизмов. - Киев: Наукова думка, 1979, - 232 с.

3. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. М., Наука, 1968, с. 530.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М., Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988, - 640 с.

Формула изобретения

Самоустанавливающаяся пятиконтактная вращательная кинематическая пара, включающая самоустанавливающуюся трехподвижную кинематическую пару, представляющую собой подвижное звено в виде шара, взаимодействующего с трехгранной лункой, отличающаяся тем, что подвижное звено выполнено в виде двух шаров, соединенных между собой жестко стержнем, при этом второй шар взаимодействует с двухгранным желобом, представляющим единое целое с трехгранной лункой.

РИСУНКИ

Рисунок 1