УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ КРИВЫХ И ТРАЕКТОРИЙ ПРОГРАММНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B43L11/00 

Изобретение относится к устройствам для воспроизведения кривых и траекторий программного движения, в частности к устройствам для воспроизведения улитки Паскаля, кардиоиды и окружности, широко используемых на практике.

Известен кулисно-рычажный механизм для воспроизведения улитки Паскаля (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т.2. - М.: Наука, 1979, с.188, механизма 1092), содержащий кривошип и звено, соединенные между собой так, что при повороте кривошипа на один оборот радиус-вектор, расположенный на звене, скользящем в ползуне, и указывающий точку улитки, поворачивается при этом в той же плоскости на пол-оборота. Таким образом, для воспроизведения всей кривой необходимо с помощью одного пишущего узла сделать два оборота кривошипа, что, несомненно, снижает производительность этого механизма.

Недостатком указанного механизма является слишком длинный рабочий ход кривошипа и, как следствие этого, - низкая точность и производительность, а также невозможность выполнить операцию вычерчивания кривой за один прием.

Наиболее близким по технической сути является прибор Крутова для воспроизведения кривых (а. с. 1477568, кл. В 43 L 11/00, 1989), содержащий платформу с направляющей, воспроизводящий элемент, плоскость воспроизведения, установленный в направляющей ползун, кривошип (звено параллелограмма) и звено (дополнительное звено), одним концом связанное шарнирно с кривошипом, а другим с ползуном, кривошип закреплен на платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.

Недостатком данного прибора является наличие шарнирного параллелограмма, усложняющего конструкцию и снижающего точность воспроизведения траекторий программного движения.

Задачей предлагаемой разработки является расширение арсенала наиболее простых, удобных и точных устройств.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для воспроизведения кривых и траекторий программного движения, содержащем платформу с направляющей, воспроизводящий элемент, плоскость воспроизведения, установленный в направляющей ползун, кривошип, закрепленный на платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и звено, одним концом связанное шарнирно с кривошипом, а другим с ползуном, согласно изобретению он имеет жестко связанный с ползуном стержень, перпендикулярный направляющей, расположенный в плоскости, параллельной платформе, и несущий держатель с воспроизводящим элементом, при этом плоскость воспроизведения жестко связана с кривошипом, длина которого равна длине звена.

Реализация задачи воспроизведения оказывается возможной за счет сложного движения плоскости воспроизведения и движения стержня, несущего воспроизводящий элемент. В качестве воспроизводящего элемента может быть пишущий узел, разметочный, обрабатывающий инструмент или любой другой перемещаемый предмет.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства, на фиг.2 - устройство в аксонометрии.

Устройство состоит из платформы 1, кривошипа 2, закрепленного на платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, направляющей 3, размещенной на платформе, ползуна 4, установленного в направляющей, стержня 5 и звена 6 с держателем, способного нести воспроизводящий элемент (на чертеже не показан), и плоскости воспроизведения 7. Стержень 5 жестко связан с ползуном 4 и расположен в плоскости, параллельной платформе, совпадающей с плоскостью движения ортогонально направляющей 3. Плоскость воспроизведения 7 (в виде плоской подложки с бумагой в случае необходимости получить графическое изображение) закреплена на кривошипе 2 в плоскости движения, т.е. параллельно платформе. Длина кривошипа 2 равна длине звена 6, закрепленного на ползуне 4 и шарнирно связанного с кривошипом 2.

Устройство работает следующим образом. При вращении кривошипа 2 вокруг оси, проходящей через точку О ортогонально плоскости чертежа, звено 6 приводит в поступательное движение ползун 4 вместе со стержнем 5, несущим воспроизводящие элементы. Относительно плоскости воспроизведения 7, неизменно связанной с кривошипом 2, стержень 5 будет совершать вращательное движение на тот же угол и с той же угловой скоростью, что и кривошип 2 относительно вертикали или относительно направляющей, т. е. относительно платформы 1. Таким образом, если направление вдоль стержня 5 считать радиус-вектором точки С, а за ось полярной системы взять направление АО вдоль кривошипа 2, то точка С будет описывать кривую, имеющую в данной системе координат следующее уравнение (см. фиг.1)
|AC|≡ρ = 2acosϕ+l, a = |OO′| = |O′B|.
Кривая с таким уравнением, как известно (см., например, справочник по высшей математике Бронштейна), является улиткой Паскаля (конхоидой окружности), которую описывает точка В ползуна на той же плоскости воспроизведения.

Кардиоида будет воспроизводиться точкой, отстоящей от точки В стержня 5 на расстоянии, равном удвоенной длине кривошипа 2 и будет иметь уравнение
ρ = 2a(l+cosϕ),
которое следует из чертежа на фиг.1 или из формулы для улитки Паскаля при l = 2a.

Таким образом, за один оборот ведущего звена - кривошипа 2 - радиус-вектор точки улитки также повернется на один оборот, и вся кривая будет непрерывно описана полностью за один прием. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве это оказалось возможным за счет более простой конструкции, реализующей сложение движений плоскости воспроизведения и движения стержня, несущего воспроизводящий элемент.

Устройство предназначено для воспроизведения улитки Паскаля, кардиоиды и окружности и позволяет повысить точность воспроизведения кривой за один прием. Стержень жестко связан с ползуном и расположен в плоскости, параллельной платформе, перпендикулярно направляющей. Стержень несет держатель с воспроизводящим элементом. Плоскость воспроизведения жестко связана с кривошипом. Длина кривошипа равна длине звена, одним концом связанного шарнирно с кривошипом, а другим - с ползуном. 2 ил.

Устройство для воспроизведения кривых и траекторий программного движения, содержащее платформу с направляющей, воспроизводящий элемент, плоскость воспроизведения, установленный в направляющей ползун, кривошип, закрепленный на платформе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и звено, одним концом связанное шарнирно с кривошипом, а другим - с ползуном, отличающееся тем, что имеет жестко связанный с ползуном стержень, перпендикулярный направляющей, расположенный в плоскости, параллельной платформе, и несущий держатель с воспроизводящим элементом, при этом плоскость воспроизведения жестко связана с кривошипом, длина которого равна длине звена.