Устройство для вычерчивания кривых Советский патент 1991 года по МПК B43L11/00 

Изобретение относится к чертежным приборам для воспроизведения математических кривых и может быть использовано, например, в учебном процессе вузов,

Цель изобретения - расширение диапазона воспроизводимых кривых путем обеспечения вычерчивания периодических кривых с меняющейся амплитудой.

На фиг,1 показана принципиальная схема устройства; на фиг.2 - кривая с плавно уменьшающейся амплитудой до нулевого значения; на фиг.З - кривая с плавно уменьшающейся и затем увеличивающейся амплитудой; на фиг.4 - кривая с пятью участками амплитуд, плавно уменьшающейся, нулевой, плавно увеличивающейся и постоянной.

Устройство в статике. Передаточный механизм вращательного движения барабана 1 от электродвигателя 2 состоит из ременной передачи 3 и 4, червячных передач, 5-10. Передаточный механизм возвратно- поступательного движения пишущего приспособления 11 состоит из ползуна 12, кинематически связанного с электродвигателем 2 через передачи 3, 4 и 13, 14, ролики и диски бесступенчатого лобового вариатора 15-20, зубчатую передачу 21 и 22 на вращающуюся головку 23, кривошип 24, шатун 25, палец 26, соединенный с ползуном 12. Ролик 15 имеет возможность перемещения вдоль торца диска 16. Ролики 17 и 19 имеют возможность одновременного перемещения вдоль дисков 16 и 18 посредством штан- ги 27 и винтовой передачи 28. Передаточный механизм радиального непрерывного перемещения кривошипа 24 состоит из дополнительных салазок 29, установленных со стороны открытого для доступа торца вращающейся головки 23, кинематически связанных с электродвигателем 2 через передачи 3-6, ролики и диски 30-35 дополнительного бесступенчатого лобового вариатора, койические зубатые колеса 36 и 37, винтовую передачу 38. Вращающаяся головка 23 снабжена фиксатором 39, управляемым вручную или электрически и имеющим возможность останавливать салазки 29 в нулевом положении кривошипа 24, т.е. в момент совпадения оси симметрии кривошипа 24 и оси вращения вращающейся головки 23. С конца, противоположного вращающейся головке 23, на валу 40 установлена муфта 41 предельного момента с возможностью соединения и рассоединения диска 35 с валом 40. Муфта 41 имеет возможность возвращаться в рабочее положение под действием включателя 42. Ролик 30 имеет возможность останавливаться и менять направление вращения с помощью

реверсивного механизма, состоящего из переборного валика 43, шестерен 44-47,, Шестерня 47 имеет возможность перемещаться вдоль своей оси с помощью

переключателя 48, управляемого вручную и электрически. Ролик 30 имеет возможность перемещения вдоль своей оси посредством первого механизма автоматического перемещения ролика, приводимого в действие

0 от общего электродвигателя 2 через передачи 3-8, первый трензель из шестерен 49-51 и муфты 52, гитару 53, винтовую передачу 54, вилку 55. Ролики 32 и 34 имеют возможность перемещения вдоль своей оси посред5 ством второго механизма автоматического перемещения роликов, приводимого в действие от общего электродвигателя 2 через передачи 3-8, второй трензель, состоящий из шестерен 56-58 и муфты 59, гитару 60, вин0 товую передачу 61, штангу 62. Муфты 52 и 59 имеют возможность управляться вручную и электрически, т.е. они имеют электрическую связь с набором упоров 63 и 64, установленных на барабане 1 с возможно5 стью регулирования их положения, количества и удаления. С набором упоров 63 и 64 имеют электрическую связь фиксатор 39 и включатель 42. Величину перемещения роликов 32 и 34 имеется возможность регист0 рировать посредством указателя 65, роликов 17 и 19 - с помощью указателя 66, а ролика 30 - с помощью указателя, условно неуказанного. Величину перемещения и начальное положение ползуна 12 имеется воз5 можность регистрировать и устанавливать по указателю 67. Начальное положение и величину угла поворота барабана 1 имеется возможность устанавливать и регистрировать по указателю 68. Муфта 69 позволяет

0 включить и выключить кинематическую цепь вращения барабана 1. На торце вращающейся головки 23 имеется шкала и указатель для установки начального положения 29 и кривошипа 24.

5Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы производят настройку устройства в соответствие с поставленной задачей. Для настройки на

0 начальную амплитуду AI (для кривой на фиг.2) муфтой 41 размыкают кинематическую цепь механизма перемещения кривошипа 24. Вращением винта винтовой передачи 38 перемещают салазки 29 и кривошип 24 в поло5 жение, соответствующее величине начальной амплитуды А. Для настройки на период кривой определяют передаточное отношение кинематической цепи привода вращательного движения вращающейся головки 23, В соответствии с найденным передаточным отношением по указателю 66 ус- танавливают.требуемое положение роликов 17 и 19 аналогично положению ролика 15, Для настройки характера изменения амплитуда Af, Аз и т.д. оценивают, какой избрать из путей изменения частоты вращения вала 40. При линейном законе изменения амплитуды кривой скорость вращения вала 40 должна быть постоянной. В этом случае определяют передаточное отношение кинема- тической цепи-привода радиального перемещения кривошипа 24. В соответствии с этим передаточным отношением устанавливают ролики 32 и 34 дополнительного бесступенчатого вариатора втребуемое положение по указателю 65. причем гитару 60 отключают. Аналогично устанавливают и ролик 30 в требуемое положение при отключенной гитаре 53. Направление изменения амплитуды кривой (уменьшение или увеличение) устанавливают посредством соответствующего положения шестерни 47, в ре- версном механизме. Например, при одном .направлении изменения амплитуды шестерня 47 соединена с шестерней 46 переборного валика 43 (фиг.1) и вращательное движение ролика 30 сообщают через шестерни 44 и 45. При другом, противоположном направлении изменения амплитуды шестерню 47 передвигают вдоль ее оси и с помощью переключателя 48 до тех пор, пока она внутренним зацеплением не соединится с концом вала, на котором находится ролик 30. В этом случае вращательное движение ролику 30 передадут напрямую, минуя переборный валик 43. При линейном законе изменения амплитуды вычерчиваемой кривой используют механизмы автоматического перемещения роликов 30, 32 и 34, предварительно выбрав нужный вариант сочетания их работы.

Возможны следующие варианты работы этих двух механизмов автоматического перемещения роликов: работает только один первый механизм перемещения ролика 30: работает только второй механизм перемещения роликов 32 и 34; работают оба механизма одновременно, причем в одну сторону, например, путем сложения скоростей; работают оба механизма одновременно, но в разные стороны, т.е. путем вычитания скоростей. Выбрав один из вариантов, определяют требуемое передаточное отношение кинематических цепей автоматического перемещения роликов. В соответствии с передаточным отношением определяют числа зубьев шестерен гитар 53 и 60. Находят необходимые шестерни, устанавливают их на гитары. Ролики 30, 32 и 34 по указателям 65 устанавливают в начальное положение интервала регулирования скоростей. В зависимости от варианта включают работу механизмов автоматического перемещения роликов с помощью соответствующих первого второго трензелей путем включения муфты 52 и (или) 59, которые включают вручную или электрически (устройство включения муфт не показано) с помощью набора упоров 63 и 64,

0 установленных на барабане 1 на необходимом расстоянии друг от друга. После всех перечисленных настроек на барабан 1 закрепляют бумагу. Включают муфту 69.

Допустим, требуется вычертить кривую

5 аналогичную изображенной на фиг.2. Для ее реализации достаточно использовать первый механизм автоматического перемещения ролика 30. Включают электродвигатель 2. Вращательное движение передается че0 рез ременную передачу 3 и 4, червячные передачи 5-10 барабану 1. Одновременно вращательное движение передается через ременную передачу 3 и 4, червячную передачу 13 и 14, ролики и диски 15-20 бессту5 пенчатого лобового вариатора, зубчатую передачу 21 и 22 на вращающуюся головку 23. Посредством кривошипно-шатунного механизма 24-26 вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное

0 движение ползуна 12, а с ним и пишущего приспособления 11. На бумаге начинает вычерчиваться кривая. Одновременно вращательное движение передается через ременную передачу 3 и 4, червячную пере5 дачу 5 и 6, шестерни 47, 46, 44 и 45 реверсивного механизма, ролики и диски 30-35 дополнительного бесступенчатого лобового вариатора. Одновременно вращательное движение передается через ременную пе0 редачу 3 и 4, червячные передачи 5-8 на муфту 52 осевого трензеля

Допустим, муфту 52 включена вправо. Тогда вращательное движение передается далее на коническую передачу 51 и 50, гита5 ру 53, винтовую передачу 54 и вилку 55 пер- вого механизма автоматического перемещения ролика 30. В итоге вращательное движение преобразуется в поступательное движение вилки 55, которая

0 перемещает ролик 30 вдоль его оси, что приводит к тому, что диск 35 и вал вращаются с переменной угловой скоростью. Вращательное движение передается через коническую зубчатую передачу 36 и 37, винтовую

5 передачу 38 на салазки 29, которые перемещаются вместе с кривошипом 24 к оси вращения вращающейся головки 23. В результате перечисленных сложных движений будет вычерчиваться кривая, амплитуда которой плавно уменьшается, приобретая

значения Az-Ав, и, наконец, Ад 0. Значение амплитуды станет равным нулю сразу, как только ось симметрии кривошипа совпадет с осью вращения вращающейся головки 23. В это время сработает фиксатор 39, который остановит поступательное перемещение салазок 29, а с ними кривошипа 24 и ползуна 12 с пишущим приспособлением 11. Возрастает резко крутящий момент на валу 40. Муфта 41, настроенная на предельный момент, отключит диск 35 от вала 40. Кривая (фиг.2) готова. Выключается муфтой 69 вращение барабана 1. Снимается бумага с вычерченной кривой. При необходимости вычерчивания более сложной кривой, например, изображенной на фиг.З, работа устройства после отключения вращения вала 40 продолжается. Для вычерчивания такой кривой (фиг.З) предварительно построен второй механизм автоматического перемещения роликов 32 и 34, пбедназначенный для участка кривой длинной 1з и неработающий при вычерчивании участка кривой длиной И. Для этого муфта 59 на участке Н выключена. В период прохождения участка 12 от наборов упоров 63 и 64 выключается муфта 52 в нейтральное положение и включается переключатель 48, перемещающий шестерню 47 вдоль ее оси и соединяющий ролик 30 напрямую с приводом, в результате чего он вращается в противоположную сторону. В противоположную сторону вращается ася цепь дополнительного бесступенчатого лобового вариатора, в том числе и диск 35. в момент окончания участка 12 почти одновременно от набора упоров 63 и 64 отключается фиксатор 39 и включается муфта 59 и включатель 42. Выключенный фиксатор 39 делает возможным дальнейшее поступательное движение салазок 29 с кривошипом 24, Муфта 59 включает кинематическую цепь второго механизма автоматического перемещения роликов 32 и 34. В результате вращательное движение передается через ременную передачу 3 и 4, червячные передачи 5-8, конические зубчатые передачи 58 и 57, гитару 60, винтовую передачу 61. Диск 35 вращается в противоположную сторону с переменной угловой скоростью, по иной по сравнению с той, что он не имел на участке If. Включатель 42 соединяет муфтой 41 диск 35 с валом 40. Вращательное движение от вала 40 передается через коническую зубчатую передачу 36 и 37, винтовую передачу 38 на салазки 29. Салазки 29 с кривошипом 24 поступательно перемещаются в направлении от оси вращения вращательной головкой 23. Вычерчивается участок з. После окончания выключается электродвигатель 2.

Допустим, необходимо вычертить периодическую кривую, изображенную на фиг.4. Она имеет пять участков,соответственно длиной И, 12, з, U. Is- На первом участке

амплитуда кривой постоянна и равна значению AI, на втором плавно уменьшается до нулевого значения, на третьем амплитуда равна нулю, на четвертом плавно увеличивается до значения А2, но по другому закону,

0 нежели на первом участке, на пятом участке амплитуда постоянна и равна Аг. Предварительный анализ показывает, что закон изменения амплитуды на втором участке можно реализовать лишь при одновременной ра5 боте двух механизмов автоматического перемещения роликов и дисков 30, 32 и 34 дополнительного бесступенчатого лобового вариатора. Закон изменения амплитуды на третьем участке реализуется при работе

0 первого механизма автоматического перемещения ролике 30, но в противоположную сторону. Настраивают устройство. На шкале вращающейся головки 23 засекают значения амплитуда AI и Аа. На гитары 53 и 55

5 устанавливают найденные шестерни. На барабане 1 устанавливают набор упоров 63 и 64 на соответствующих расстояниях, Требуемый период кривой настраивают положением роликов 15, 17 и 19 бесступенчатого

0 лобового вариатора в кинематической цепи вращения вращающейся головки 23. Устанавливают бумагу на барабан 1. Соединяют электрическую цепь работы фиксатора 39, включателя 42, переключателя 48, муфт 52 и

5 59 с конечными выключателями набора упоров 63 и 64. Для реализации первого участка кинематическая цепь радиального перемещения кривошипа отключена. Выключены муфта 41, муфты 52 и 59. Цепь вращения

0 роликов и дисков 30, 32 и 34 включена с тем, чтобы инерцию работы устройства в дальнейшем свести до минимума. Включают электродвигатель 2. Вращательное движение через передачи 3-10 передается на ба5 рабан 1 с укрепленной на нем бумагой. Одновременно вращательное движение передается через передачи 3, 4 и 13-22 на вращающуюся головку 23. Через криво- шипно-шатунный механизм 24-26 враща0 тельное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 12 и пишущего приспособления 11. На бумаге вычерчивается периодическая кривая (первый участок) с постоянной амплиту5 дои AI. В момент окончания первого участка упоры 63 через конечные выключатели одновременно включают муфты 52 и 59 и через включатель 42 - муфту 41. Начинает работать механизм радиального непрерывного перемещения кривошипа 24. Поскольку

муфта 41 соединила диск 35 с валом 40. вращательное движение через передачи 3-- 6 и 47, 46. 44, 45 передается на ролики и диски 30-34 дополнительного бесступенчатого лобового вариатора, а затем через ко- ническую зубчатую передачу 36 и 37, винтовую передачу 38 - на сапазки 29. Салазки 29 вместе с кривошипом 24 перемещаются к оси вращения вращающейся головки 23. Вычерчивается второй участок кривой до тех пор; пока оси симметрии кривошипа 24 не совпадают с осью вращения вращающейся головки 23. Фиксатор 39 входит в гнездо салазок 29. Салазки 29 останавливаются. Пишущее приспособление 11 вычерчивает прямую линию, совпадающую с осью ОХ - третий участок. Под действием возросшего крутящего момента муфта 41 разъединяется с диском 35. За время третьего участка второй механизм автоматиче- ского перемещения роликов 32 и 34 выключается от набора упоров 63 и 64. Первый механизм автоматического перемещения ролика 30 продолжает работать. Вращение ролика 30 реверсируется путем включения переключателя 48 от набора упоров 63 и 64, В момент окончания третьего участка размыкается фиксатор 39 и включается муфта 42 через включатель 42. Эти управляющие действия осуществляются включением конечных выключателей от набора упоров 63 и 64. Вращательное движение передается через передачи 3-6, шестерню 47 напрямую с валом ролика 30, ролики и диски 30-34 дополнительного бес- ступенчатого вариатора, коническую зубчатую передачу 36 и 37, винтовую передачу 38 на салазки 29. Салазки 29 вместе с кривошипом 39 перемещаются радиально по направлению к периферии вращающейся головки 23. Идет вычерчивание кривой на четвертом участке до тех пор, пока ось кривошипа 24 не достигнет значения амплитуды Аа, которое можно наблюдать по указателю 67. В этот момент действие механизма непрерывного радиального перемещения кривошипа 24 прерывается выключением муфтой 41 его кинематической цепи. Далее продолжает вычерчиваться кривая на пятом участке с постоянной амплитудой А2. По окончании пятого участка электродвигатель выключается. Вычерчивание всей кривой закончено. Бумагу снимают с барабана 1.

Устройство позволяет вычерчивать кривые и с другими сочетаниями участков с переменной и постоянной амплитуд. Формула изобретения Устройство для вычерчивания кривых, содержащее барабан с закрепленной на нем бумагой, пишущее приспособление, электродвигатель и передаточные механизмы к барабану и пишущему приспособлению, содержащее зубчатые и червячные передачи, бесступенчатый лобовой вариатор, вращающуюся головку и кривошипно- шатунный механизм, кривошип которого установлен на головке, а ползун скреплен с пишущим приспособлением, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона воспроизводимых кривых путем обеспечения вычерчивания периодических кривых с меняющейся амплитудой, оно имеет механизм радиального перемещения кривошипа относительно головки, содержащей закрепленные на головке салазки, свя- занные с кривошипом, и винтовую передачу, и дополнительные передаточные механизмы, кинематически связывающие электродвигатель с механизмом радиального перемещения кривошипа, содержащее зубчатые и червячные передачи и дополнительный бесступенчатый лобовой вариатор, при этом головка выполнена в виде полого цилиндра, а винтовая передача размещена внутри нее.

Изобретение относится к чертежным приборам для воспроизведения математических кривых и позволяет расширить диапазон воспроизводимых кривых путем обеспечения вычерчивания периодических кривых с меняющейся амплитудой. Пишущее приспособление 11 скреплено с ползуном 12 кривошипно-шатунного механизма, кривошип которого закреплен на головке 23 и имеет передаточный механизм радиального перемещения от двигателя 2 с винтовой передачей 38. Передаточные механизмы вращения барабана 1 и перемещения пишущего приспособления 11 содержат зубчатые и червячные передачи, а также бесступенчатые лобовые вариаторы. При различных настройках устройства на бумаге, закрепленной на барабане 1, пишущее приспособление 11 вычерчивает различные периодические кривые с постоянной и меняющейся амплитудами. 4 ил.

Фиг. I

ФигЛ