RU2247273C2

RU2247273C2 - Four-link mechanism

Info

Publication number: RU2247273C2
Application number: RU2003110380/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Пожбелко (RU); В.И. Пожбелко
Original assignee: Пожбелко Владимир Иванович
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2005-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: four-link mechanism comprises driving (1) and driven (2) cranks pivotally interconnected through connecting rod (3) whose length is greater than that of each of the cranks. Driven crank (2) is connected with pillar (4) through flexible device (5). Connecting rod (3) is provided with movable slide (6). The working member is secured to the slide for permitting movement along the connecting rod and locking.

EFFECT: expanded functional capabilities.

6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам вращательного движения для преобразования вращения ведущего вала в требуемый закон движения рабочего органа, а также к механизмам для воспроизведения сложных кривых и может найти применение в машиностроении для фасонной обработки деталей, а также в автоматических линиях и манипуляторах для согласованного привода нескольких рабочих органов.The invention relates to rotary motion devices for converting the rotation of the drive shaft to the desired law of movement of the working body, as well as to mechanisms for reproducing complex curves and can be used in mechanical engineering for shaping parts, as well as in automatic lines and manipulators for coordinated drive of several working bodies .

Известен шарнирный многозвенный механизм Чебышева, звенья которого образуют со стойкой замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев, в котором движение одной из точек шатуна по близкой к окружности траектории обеспечивает в этот период приближенную условную остановку рабочего органа [1].Known articulated multi-link Chebyshev mechanism, the links of which form a stable closed kinematic chain with different link lengths, in which the movement of one of the connecting rod points along the trajectory close to the circumference provides an approximate conditional stop of the working body during this period [1].

Недостатками известного механизма являются ограниченные кинематические возможности реализации движения по волнообразной поверхности; происходящее во время приближенной остановки осевое перемещение рабочего органа (например, инструмента - сверла, метчика и т.д.) относительно оси детали при ее обработке недопустимо в машинах-автоматах; кроме того, достигается привод только одного рабочего органа.The disadvantages of the known mechanism are the limited kinematic possibilities of realizing movement along a wavy surface; the axial movement of the working body (for example, a tool - drill, tap, etc.) relative to the axis of the part during its processing is unacceptable in automatic machines that occurs during an approximate stop; in addition, only one working body drive is achieved.

Известен также шарнирный многозвенный механизм Кардана, содержащий ведущий кривошип, шатун, ползуны и зубчатое колесо, имеющее привод от кривошипа [2].Also known is the articulated multi-link Cardan mechanism containing a leading crank, connecting rod, sliders and a gear wheel driven by a crank [2].

Недостатками этого механизма являются сложность конструкции и ограниченные кинематические возможности движения рабочего органа только по прямой [2].The disadvantages of this mechanism are the complexity of the design and the limited kinematic possibilities of movement of the working body only in a straight line [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является шарнирный четырехзвенный механизм, содержащий вращающиеся ведущее и ведомое звенья, шарнирно соединенные со стойкой и через шатун между собой, образующие со стойкой замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев, в которой рабочий орган соединен с шатуном [3].The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a four-link articulated mechanism containing rotating driving and driven links pivotally connected to the strut and through the connecting rod, forming a closed kinematic chain with the strut with different lengths of links, in which the working body is connected to connecting rod [3].

Недостатками указанного механизма являются ограниченные кинематические возможности, не позволяющие воспроизводить сложные волнообразные кривые при фасонной обработке деталей и обеспечивать согласованный привод нескольких рабочих органов, в том числе прерывистого движения (требуемого во всех машинах-автоматах).The disadvantages of this mechanism are the limited kinematic capabilities that do not allow you to reproduce complex wave-like curves when machining parts and provide a coordinated drive of several working bodies, including intermittent movement (required in all automatic machines).

Цель изобретения - расширение кинематических возможностей за счет обеспечения движения по волнообразной кривой (половина лемнискаты) в сочетании с полуокружностью, а также за счет одновременного привода двух рабочих органов, один из которых вращается с периодическими, точными остановками.The purpose of the invention is the expansion of kinematic capabilities by providing movement along a wave-like curve (half lemniscate) in combination with a semicircle, and also by simultaneously driving two working bodies, one of which rotates with periodic, precise stops.

Это достигается за счет того, что противоположно расположенные звенья кинематической цепи механизма выполнены одинаковой длины, шатун сделан большей длины, чем ведущий кривошип, а ведомый кривошип снабжен упругим устройством для его соединения со стойкой и фиксации при сборке механизма в перпендикулярном относительно стойки положении.This is achieved due to the fact that the opposite links of the kinematic chain of the mechanism are made of the same length, the connecting rod is made longer than the leading crank, and the driven crank is equipped with an elastic device for connecting it to the rack and fixing it when assembling the mechanism in a position perpendicular to the rack.

На фиг.1 показана кинематическая схема механизма с упругим устройством в виде пружины растяжения; на фиг.2 даны крайние положения звеньев механизма; на фиг.3 показаны возможные траектории движения рабочего органа при его закреплении в разных точках (Е₀, E₁, Е₂) по длине шатуна (АЕ₀=АВ/2; AE₁>АВ/2; АЕ₂<АВ/2). На фиг.4, 5 и 6 показаны варианты выполнения упругого устройства соединения и фиксации ведомого кривошипа на стойке в виде: торсионного вала (фиг.4), подпружиненной рейки с зубчатым колесом (фиг.5) или двух подпружиненных роликовых толкателей с кулачком (фиг.6). На фиг.7 дана схема механизма с дополнительным приводом периодического поворота с точной остановкой ведомого колеса 11, передающего прерывистое движение на второй рабочий орган (не показан).Figure 1 shows a kinematic diagram of a mechanism with an elastic device in the form of a tension spring; figure 2 shows the extreme positions of the links of the mechanism; figure 3 shows the possible trajectories of the movement of the working body when it is fixed at different points (E ₀ , E ₁ , E ₂ ) along the length of the connecting rod (AE ₀ = AB / 2; AE ₁ > AB / 2; AE ₂ <AB / 2 ) Figures 4, 5 and 6 show embodiments of an elastic device for connecting and fixing the driven crank to the rack in the form of a torsion shaft (Fig. 4), a spring-mounted rack with a gear wheel (Fig. 5) or two spring-loaded roller pushers with a cam (Fig. .6). Figure 7 shows a diagram of a mechanism with an additional drive of periodic rotation with the exact stop of the driven wheel 11, transmitting intermittent motion to a second working body (not shown).

Механизм содержит ведущий кривошип 1 и ведомый кривошип 2, шарнирно соединенные непосредственно со стойкой и посредством шатуна 3 между собой и образующие со стойкой 4 замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев. Противоположно расположенные звенья цепи выполнены одинаковой длины (O₁A=ВO₂, АВ=O₁O₂), шатун 3 сделан большей длины, чем ведущий кривошип 1 (АВ>AO₁). Ведомый кривошип 2 снабжен упругим устройством 5, соединяющим его со стойкой и фиксирующим ведомый кривошип при сборке механизма в перпендикулярном относительно стойки положении. Упругое устройство 5 соединения и фиксации кривошипа 2 относительно стойки 4 может быть выполнено в виде: пружины растяжения (фиг 1); торсионного вала (фиг.4); подпружиненной рейки в зацеплении с соосно закрепленным на ведомом кривошипе 2 зубчатым колесом 7 (фиг.5); симметрично расположенных относительно оси вращения ведомого кривошипа 2 подпружиненных упоров в виде двух подпружиненных роликовых толкателей, взаимодействующих с соосно закрепленным на ведомом кривошипе 2 вдоль его длины односторонне выпуклым кулачком 8. Шатун 3 снабжен подвижным ползуном 6 для закрепления на нем рабочего органа с возможностью перемещения по длине шатуна и последующей фиксации в разных его точках (Е₀, E₁, Е₂).The mechanism comprises a leading crank 1 and a driven crank 2, pivotally connected directly to the strut and by means of a connecting rod 3 to each other and forming a closed kinematic chain with different lengths of links with the strut 4. The opposite links of the chain are made of the same length (O ₁ A = BO ₂ , AB = O ₁ O ₂ ), the connecting rod 3 is made longer than the leading crank 1 (AB> AO ₁ ). The driven crank 2 is equipped with an elastic device 5 connecting it to the strut and fixing the driven crank when assembling the mechanism in a position perpendicular to the strut. The elastic device 5 for connecting and fixing the crank 2 relative to the rack 4 can be made in the form of: tension springs (Fig 1); torsion shaft (figure 4); the spring-loaded rack in meshing with the gear wheel 7 coaxially mounted on the driven crank 2 (Fig. 5); spring-loaded stops symmetrically located relative to the axis of rotation of the driven crank 2 in the form of two spring-loaded roller pushers interacting with a one-sided convex cam 8 coaxially mounted on the driven crank 2 along its length 8. The connecting rod 3 is equipped with a movable slider 6 for fixing the working body on it with the possibility of movement along the length connecting rod and subsequent fixation at different points (E ₀ , E ₁ , E ₂ ).

В перпендикулярном относительно стойки положении ведомого кривошипа 2 устройство 5 не создает на нем упругий момент (M_y=0), а при отклонении звена 2 от указанного нейтрального положения сила от деформации упругого устройства 5 будет создавать на звене 2 относительно точки O₂ упругий момент, направленный в разные стороны.In the position of the driven crank 2 perpendicular to the rack, the device 5 does not create an elastic moment on it (M _y = 0), and when the link 2 deviates from the indicated neutral position, the force from the deformation of the elastic device 5 will create an elastic moment on the link 2 relative to the point O ₂ , directed in different directions.

Для обеспечения от ведущего кривошипа 1 привода периодического поворота другого рабочего органа - на ведомом кривошипе в точке С посередине его длины шарнирно установлено зубчатое колесо 9 в зацеплении с двумя другими зубчатыми колесами 10 и 11, выполненными одинакового диаметра. Колесо 10 жестко закреплено на шатуне 3 со стороны ведомого кривошипа, а колесо 11 свободно установлено на оси ведомого кривошипа и кинематически связано с приводом второго рабочего органа (на фиг.7 не показан).To ensure that the leading crank 1 of the drive rotates another working body - on the driven crank at a point C in the middle of its length, a gear 9 is pivotally engaged with two other gears 10 and 11 made of the same diameter. The wheel 10 is rigidly mounted on the connecting rod 3 from the side of the driven crank, and the wheel 11 is freely mounted on the axis of the driven crank and kinematically connected with the drive of the second working body (not shown in Fig. 7).

Механизм работает следующим образом.The mechanism works as follows.

При вращении ω ₁ ведущего кривошипа 1 из крайнего левого положения I (фиг.2, а) в крайнее правое II (фиг.2, б) - растянутая пружина упругого устройства 5 создает на ведомом кривошипе 2 упругий момент (M_y) в направлении ω ₁ и механизм работает по схеме параллелограмма (фиг.1) с движением точки Е шатуна по полуокружности (фиг.3). При дальнейшем вращении ведущего кривошипа 1 в направлении ω ₁ растянутая пружина будет создавать на ведомом кривошипе 2 упругий момент (M_y) в другую сторону, т.е. против ω ₁ - в результате этого ведомый кривошип 2 при обратном переходе из крайнего положения II в крайнее положение I будет вращаться в другую сторону относительно ω ₁ и механизм превратится в антипараллелограмм с движением точки Е шатуна по волнообразной половине лемнискаты (фиг.3). Перемещая ползун 6 по длине шатуна 3, можно получить как симметричную волнообразную кривую (точка Е₀), так и несимметричную (точки E₁ и Е₂).When you rotate ω _{1 of the} leading crank 1 from the extreme left position I (figure 2, a) to the far right II (figure 2, b) - the stretched spring of the elastic device 5 creates an elastic moment (M _y ) on the driven crank 2 in the direction ω ₁ and the mechanism operates according to the parallelogram diagram (Fig. 1) with the movement of the connecting rod point E in a semicircle (Fig. 3). With further rotation of the leading crank 1 in the direction ω _{1, the} extended spring will create an elastic moment (M _y ) in the opposite direction on the driven crank 2, i.e. against ω ₁ - as a result of this, the driven crank 2 during the reverse transition from the extreme position II to the extreme position I will rotate in the opposite direction relative to ω ₁ and the mechanism will turn into antiparallelogram with the movement of the connecting rod point E along the wave-like half of the lemniscate (Fig. 3). Moving the slider 6 along the length of the connecting rod 3, you can get both a symmetrical wave-like curve (point E ₀ ), and asymmetric (points E ₁ and E ₂ ).

Особенностью работы рассматриваемого механизма по схеме параллелограмма (фаза поворота ведущего кривошипа на угол ω ₁=0-180° из I из II) является синхронное вращение ведомого кривошипа 2 с той же скоростью ω ₂=ω ₁ и круговое поступательное движение шатуна 3 с угловой скоростью ω ₃=0, в результате чего ведомая шестерня 11 при движении точки Е по полуокружности (фиг.3) будет оставаться абсолютно неподвижной. При дальнейшем повороте ведущего кривошипа 1 на угол φ ₁=180° -360° (т.е. обратно из II в I) работа механизма по схеме антипараллелограмма приводит к вращению ведомого кривошипа 2 с переменной угловой скоростью ω ₂≠ ω₁, из-за чего возникает скорость шатуна ω ₃≠ 0 и вращение ведомой шестерни 11 (в этот период точка Е перемещается по волнообразной половине лемнискаты).A feature of the work of the mechanism under consideration according to the parallelogram scheme (phase of rotation of the leading crank by an angle ω ₁ = 0-180 ° from I of II) is the synchronous rotation of the driven crank 2 with the same speed ω ₂ = ω ₁ and the circular translational movement of the connecting rod 3 with angular speed ω ₃ = 0, as a result of which the driven gear 11 when the point E moves along the semicircle (Fig. 3) will remain absolutely stationary. With a further rotation of the leading crank 1 through an angle φ ₁ = 180 ° -360 ° (i.e., back from II to I), the operation of the mechanism according to the antiparallelogram scheme leads to the rotation of the driven crank 2 with a variable angular velocity ω ₂ ≠ ω ₁ , what causes the connecting rod speed ω ₃ ≠ 0 and the rotation of the driven gear 11 (during this period, point E moves along the undulating half of the lemniscate).

Достигаемый в предлагаемом механизме положительный эффект заключается в расширении кинематических возможностей механизма за счет:The positive effect achieved in the proposed mechanism consists in expanding the kinematic capabilities of the mechanism due to:

1. Реализации движения рабочего органа по лемнискате в сочетании с полуокружностью (что позволяет производить фасонную обработку волнообразных деталей и регулировку профиля волны (фиг.3, б)) с отводом инструмента из зоны обработки в исходное положение по полуокружности (сечение обрабатываемой детали на фиг.3 заштриховано).1. Implementation of the movement of the working body along the lemniscate in combination with a semicircle (which allows shaping processing of wave-like parts and adjusting the wave profile (Fig. 3, b)) with the tool retracted from the processing zone to its initial position in a semicircle (section of the workpiece in Fig. 3 shaded).

2. Обеспечения согласованного привода периодического поворота дополнительного рабочего органа с продолжительной точной остановкой ведомого колеса 11 в пределах поворота ведущего кривошипа 1 на угол 180° .2. Providing a coordinated drive for the periodic rotation of the additional working body with a long exact stop of the driven wheel 11 within the rotation of the driving crank 1 through an angle of 180 °.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Боренштейн Ю.П. Исполнительные механизмы со сложным движением рабочих органов. - Л.: Машиностроение, 1973, с. 12, рис. 13 - аналог.1. Borenstein Yu.P. Actuators with a complex movement of the working bodies. - L .: Engineering, 1973, p. 12, fig. 13 is an analogue.

2. Там же, с. 16, рис. 19 - аналог.2. In the same place, with. 16, fig. 19 is an analog.

3. Озол О.Г. Теория механизмов и машин. Пер. с латыш. /Под ред. Кожевникова С.Н. - М.: Наука, 1984, с. 81, рис. 5.1 - прототип.3. Ozol O.G. Theory of mechanisms and machines. Per. with Latvian. / Ed. Kozhevnikova S.N. - M .: Nauka, 1984, p. 81, fig. 5.1 is a prototype.

Claims

1. A four-link articulated mechanism containing a driving and driven cranks, pivotally connected directly to the strut and by means of a connecting rod with each other and forming a closed kinematic chain with different lengths of links, characterized in that the oppositely located chain links are made of the same length, the connecting rod is made longer than the leading crank, the driven crank is equipped with an elastic device for its connection with the rack and fixing when assembling the mechanism in a position perpendicular to the rack, and w the atomizer is equipped with a movable slider for fixing on it a working body installed with the possibility of movement along the connecting rod and subsequent fixation on it.

2. The mechanism according to claim 1, characterized in that the elastic device is made in the form of a tension spring, pivotally connecting the driven crank with the rack.

3. The mechanism according to claim 1, characterized in that the elastic device is made in the form of a torsion shaft, rigidly connected at one end to the driven crank perpendicular to the last, and the other end to the rack.

4. The mechanism according to claim 1, characterized in that the elastic device is made in the form of a gear rack spring-loaded relative to the rack in engagement with a gear wheel coaxially mounted on the driven crank.

5. The mechanism according to claim 1, characterized in that the elastic device is made in the form of spring-loaded stops mounted on the rack, interacting with the driven crank in the extreme positions of the mechanism with all its links in the same line.

6. The mechanism according to claim 5, characterized in that the stops located on the strut are made in the form of two spring-loaded roller pushers symmetrically located relative to the axis of rotation of the driven crank, alternately interacting with a one-sided convex cam coaxially mounted on the driven crank along its length.

7. The mechanism according to claim 1, characterized in that a gear wheel is pivotally mounted on the driven crank at a point in the middle of its length, which engages with two other gear wheels of the same diameter mounted on different sides of it, one of the gears of the same diameter is rigidly fixed on the connecting rod from the side of the driven crank, and the other is freely mounted on the axis of the driven crank and kinematically connected with the drive of the second working body to ensure its periodic rotation.