RU2058504C1

RU2058504C1 - Pivot-lever mechanism

Info

Publication number: RU2058504C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Пенкин
Original assignee: Сергей Николаевич Пенкин
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: cranks are mounted on four fixed axles for permitting rotation. The axles are arranged over four corners of the trapezium base perpendicular to its plane. The cranks have the same length and their axles are arranged on one of the trapezium bases and pivotally interconnected to define parallelograms. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам шарнирно-рычажных параллелограммов, и найдет применение в устройствах, где требуется передача с высокой надежностью разнонаправленного вращения с равной скоростью при больших расстояниях между ведущим и несколькими ведомыми валами. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to mechanisms of articulated lever parallelograms, and will find application in devices where transmission with high reliability of multidirectional rotation with equal speed at large distances between the drive shaft and several driven shafts is required.

Цель изобретения передача вращения с постоянным передаточным отношением и исключение неопределенности движения. The purpose of the invention is the transmission of rotation with a constant gear ratio and the elimination of motion uncertainty.

Наиболее близким техническим решением является шарнирно-рычажный механизм для передачи вращения в противоположных направлениях с передаточным отношением один к одному, содержащий основание и установленную на нем систему шарнирно соединенных стержней с осями как неподвижных, так и подвижных шарниров, параллельных между собой [1]
Недостатком указанного механизма является невозможность передачи вращения с постоянным передаточным отношением.The closest technical solution is the articulated lever mechanism for transmitting rotation in opposite directions with a gear ratio of one to one, containing a base and a system of pivotally connected rods mounted on it with axes of both fixed and movable hinges parallel to each other [1]
The disadvantage of this mechanism is the impossibility of transmitting rotation with a constant gear ratio.

Для достижения цели в шарнирно-рычажном механизме для передачи вращения в противоположных направлениях с передаточным отношением один к одному, содержащем основание и установленную на нем систему шарнирно соединенных стержней с осями как неподвижных, так и подвижных шарниров, параллельными между собой, на четырех расположенных на основании по углам трапеции перпендикулярных плоскости ее, неподвижных осях смонтированы с возможностью вращения четыре основных кривошипа, оси вращения которых расположены на одном из оснований трапеции, соединены шарнирно, образуя шарнирные параллелограммы, с равными по длине соответствующим основаниям трапеции основными шатунами, соединенными между собой шарнирно через посредство пяти стержней, образующих совместно с участками на шатунах шарнирно сочлененные большой и малый ромбоиды, у которых отношения больших сторон к малым равны, малые стороны большого ромбоида равны большим сторонам малого ромбоида, а одна из малых сторон большого ромбоида является общей с одной из больших сторон малого ромбоида, а для совместной компоновки шатунов со стержнями на основных шатунах при наиболее близких или при наиболее удаленных расстояниях между ними, при прямых углах между ними и основными кривошипами выполнены базовые шарнирные соединения, оси которых находятся в одной перпендикулярной основаниям трапеции и основным шатунам плоскости и в которых присоединены одними концами два стержня одинаковой длины, соединенные другими концами шарнирно с присоединением в этом шарнире одним концом третьего расположенного между ними стержня такой же длины, как и длина ориентирующей стержни малой стороны большого ромбоида и большой стороне малого ромбоида, а на одном из основных шатунов на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном большей стороне большого ромбоида, в направлении, противоположном ориентирующим стержням, шарнирно присоединены одним концом стержень длиной, равной большой стороне большого ромбоида, другим концом соединенный шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, а на другом из основных шатунов, в том же направлении, что на первом из основных шатунов, на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном малой стороне малого ромбоида, шарнирно присоединен одним концом стержень длиной, равной малой стороне малого ромбоида, соединенный другим концом шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, и другим концом стержня длиной, равной большой стороне большого ромбоида. To achieve the goal in the articulated lever mechanism for transmitting rotation in opposite directions with a gear ratio of one to one, containing a base and a system of pivotally connected rods mounted on it with axes of both fixed and movable hinges parallel to each other, on four located on the base at the corners of the trapezoid perpendicular to its plane, the fixed axes are mounted with the possibility of rotation four main cranks, the axis of rotation of which are located on one of the bases of the trapezoid, with pivotally connected, forming articulated parallelograms, with the main connecting rods equal in length to the corresponding trapezium bases, pivotally interconnected via five rods, forming, together with sections on the connecting rods, articulated large and small rhomboids, in which the relations of the large sides to the small ones are equal, the small sides the large rhomboid are equal to the large sides of the small rhomboid, and one of the small sides of the large rhomboid is common with one of the large sides of the small rhomboid, and for joint arrangement With rods on the main connecting rods at the closest or at the most distant distances between them, at right angles between them and the main cranks, basic articulated joints were made, the axes of which are located in the same perpendicular to the trapezoid bases and the main connecting rods of the plane and in which two rods are connected at one end of the same length, pivotally connected by the other ends with the connection of one end of the third rod located between them in the hinge with the same length as the length of the orienting rod neither the small side of the large rhomboid and the large side of the small rhomboid, but on one of the main connecting rods at a distance from the axis of the basic hinge equal to the larger side of the large rhomboid, in the opposite direction to the orienting rods, a rod pivotally connected at one end with a length equal to the large side of the large rhomboid , the other end pivotally connected to the other end of the rod located between the orienting rods, and on the other of the main connecting rods, in the same direction as on the first of the main connecting rods, at a distance from the axis of the basic articulation, equal to the small side of the small rhomboid, a rod is pivotally connected at one end with a length equal to the small side of the small rhomboid, pivotally connected at the other end to the other end of the rod located between the alignment rods and the other end of the rod with a length equal to the big side large rhomboid.

На фиг.1 показана кинематическая схема механизма; на фиг.2 вариант механизма, в котором шарниры ромбоидов совмещены с шарнирами параллелограммов; на фиг.3 показана схема некоторых возможных соотношений сторон ромбоидов; на фиг. 4 и 5 графический анализ возможности продольного смещения параллельных сторон спаренных подобных ромбоидов при соотношениях их больших и малых сторон, соответственно равных 2,5 и 1,5. Figure 1 shows the kinematic diagram of the mechanism; figure 2 is a variant of the mechanism in which the hinges of rhomboids are combined with the hinges of parallelograms; figure 3 shows a diagram of some possible aspect ratios of rhomboids; in FIG. 4 and 5 graphical analysis of the possibility of longitudinal displacement of the parallel sides of paired similar rhomboids with the ratios of their large and small sides, respectively, equal to 2.5 and 1.5.

На фиг. 3 контур А₄В₄С₄D₄E₄F₄ обозначает ромбоид с отношением больших сторон к малым, равным 2. Контур А₅В₅С₅D₅E₅F₅ обозначает ромбоид с тем же соотношением, равным 2, 5. Контур А₆В₆С₆D₆E₆F₆ обозначает ромбоид с соотношением, равным 1, 5. Контур А₄В₄С₄D₄E₄F₄ обозначает ромбоид с соотношением, равным 1, т. е. ромб. В последней компоновке возможно продольное смещение сторон A₄B₄ и E₄F₄ при сохранении их параллельности, поэтому использование шарнирных ромбов в описываемом механизме невозможно.In FIG. 3 circuit A ₄ B ₄ C ₄ D ₄ E ₄ F ₄ denotes a rhomboid with a ratio of large to small sides equal to 2. Circuit A ₅ B ₅ C ₅ D ₅ E ₅ F ₅ denotes a rhomboid with the same ratio of 2, 5 Circuit A ₆ B ₆ C ₆ D ₆ E ₆ F ₆ denotes a rhomboid with a ratio of 1, 5. Circuit A ₄ B ₄ C ₄ D ₄ E ₄ F ₄ denotes a rhomboid with a ratio of 1, that is, a rhombus . In the latter arrangement, a longitudinal displacement of the sides A ₄ B ₄ and E ₄ F _{4 is} possible while maintaining their parallelism, so the use of articulated diamonds in the described mechanism is impossible.

Если (см. фиг.4) малые стороны D₅E₅ и E₅F₅ ромбоида обозначить как r₅, то при соотношении больших и малых сторон ромбоидов, равном 2,5, стороны В₅С₅, С₅D₅ и C₅F₅ будут равны 2,5r₅, а стороны А₅В₅ и А₅D₅ соответственно
равны 6,25r₅. Если сместить сторону Е₅F₅ в положение E'₅F₅, то вершина С₅ ромбоида сместится в положение С'₅. Дуги соответствующих радиусов, равных длинам соответствующих сторон, проведенные после смещения стороны Е₅F₅, не совпадают на величину Δ₅'. Следовательно, продольное смещение стороны Е₅F₅ при сохранении ее параллельности стороне А₅В₅ невозможно.If (see Fig. 4) the small sides of the D ₅ E ₅ and E ₅ F ₅ rhomboid are designated as r ₅ , then with a ratio of the large and small sides of the rhomboid equal to 2.5, the sides B ₅ C ₅ , C ₅ D ₅ and C ₅ F ₅ will be equal to 2.5r ₅ , and the sides A ₅ B ₅ and A ₅ D ₅ respectively
equal to 6.25r ₅ . If you move the side E ₅ F ₅ to the position E ' ₅ F ₅ , then the vertex C _{5 of the} rhomboid will move to position C' ₅ . Arcs of corresponding radii equal to the lengths of the respective sides, conducted after the displacement of the side E ₅ F ₅ , do not coincide by Δ ₅ '. Therefore, the longitudinal displacement of side E ₅ F ₅ while maintaining its parallelism to side A ₅ B _{5 is} not possible.

Аналогичный результат получен при попытке осуществить продольное смещение стороны А₅В₅ в положение А₅"B₅". Вершина С₅ при этом сместится в положение С₅", а несовпадение дуг составит величину Δ₅".A similar result was obtained when trying to implement a longitudinal displacement of the side A ₅ B ₅ in position A ₅ "B ₅ ". The vertex C ₅ will shift to the position C ₅ ", and the mismatch of the arcs will be Δ ₅ ".

На фиг. 5 подобный графический анализ проведен для ромбоидов с соотношением больших и малых сторон, равным 1,5. В этом случае несовпадение дуг составляет соответственно Δ₆' и Δ ₆".In FIG. 5 a similar graphical analysis was performed for rhomboids with a ratio of large and small sides equal to 1.5. In this case, the mismatch of the arcs is respectively Δ ₆ 'and Δ ₆ ".

Графические анализы, приведенные на фиг.4 и 5, показывают, что параллельные стороны ромбоидов АВСD и CDEF не могут смещаться относительно друг друга в продольном направлении, а могут только совершать совместное плоскопараллельное движение. На этом принципе построен описываемый механизм, варианты которого показаны на фиг.1 и 2. The graphical analyzes shown in FIGS. 4 and 5 show that the parallel sides of the ABCD and CDEF rhomboids cannot be displaced relative to each other in the longitudinal direction, but can only perform joint plane-parallel motion. The described mechanism is built on this principle, the variants of which are shown in figures 1 and 2.

Механизм содержит основание 1, две пары кривошипов 2-5 равной длины и два шатуна 6 и 7, шарнирно связывающих соответственно кривошипы 2, 3 и 4, 5. Длина шатуна 6 равна расстоянию между осями вращения кривошипов 2 и 3, а длина шатуна 7 соответственно равна расстоянию между осями вращения кривошипов 4 и 5. Таким образом, четырехзвенники O₁GHO₂ и O₃KLO₄ образуют шарнирно-рычажные параллелограммы.The mechanism contains a base 1, two pairs of cranks 2-5 of equal length and two connecting rods 6 and 7, pivotally connecting the cranks 2, 3 and 4, 5. The length of the connecting rod 6 is equal to the distance between the axes of rotation of the cranks 2 and 3, and the length of the connecting rod 7, respectively equal to the distance between the rotation axes of the cranks 4 and 5. Thus, the four link O ₁ GHO ₂ and O ₃ KLO ₄ form a hinged-parallelogram.

Шатуны 6 и 7 шарнирно связаны между собой двумя парами стержней 8, 9 и 10, 11. Стержни каждой пары одними концами через общие шарниры С и D связаны между собой, а другими концами через шарниры А, В и E, F связаны соответственно с шатунами 6 и 7. Вспомогательный шатун 12 присоединен к общим шарнирам С и D стержней 8, 9 и 10, 11. Длины стержней 8, 9 и вспомогательного шатуна 12 равны между собой, расстояние между осями шарниров А и В равно длине стержня 11, а расстояние между шарнирами Е и F равно длине стержня 10. Таким образом, четырехзвенники АВСD и CDEF представляют собой ромбоиды. The connecting rods 6 and 7 are pivotally connected to each other by two pairs of rods 8, 9 and 10, 11. The rods of each pair at one end are connected through common hinges C and D, and the other ends through hinges A, B and E, F are connected respectively to the connecting rods 6 and 7. The auxiliary connecting rod 12 is connected to the common hinges C and D of the rods 8, 9 and 10, 11. The lengths of the rods 8, 9 and the auxiliary connecting rod 12 are equal to each other, the distance between the axes of the hinges A and B is equal to the length of the rod 11, and the distance between the hinges E and F is equal to the length of the rod 10. Thus, the four-link ABCD and CDEF represent battle rhomboids.

Для исключения неопределенности движения механизм может быть снабжен двумя парами дополнительных кривошипов 13, 14 и 15, 16, которые имеют равную длину, но не обязательно равную длине основных кривошипов 2-5. Дополнительные кривошипы 13-16 жестко связаны соответственно с основными кривошипами 2-5 под произвольными, но равными углами, отличными от 0^о и 180^о. Дополнительный шатун 17, равный по длине шатуну 6, шарнирно связан с дополнительными кривошипами 13, 14, а дополнительный шатун 18, равный по длине шатуну 7, шарнирно связан с дополнительными кривошипами 15 и 16.To eliminate motion uncertainty, the mechanism can be equipped with two pairs of additional cranks 13, 14 and 15, 16, which have an equal length, but not necessarily equal to the length of the main cranks 2-5. Additional cranks 13-16 are rigidly connected respectively with the main cranks 2-5 at arbitrary, but equal angles, different from 0 ^about and 180 ^about . An additional connecting rod 17, equal in length to the connecting rod 6, is pivotally connected to additional cranks 13, 14, and an additional connecting rod 18, equal in length to the connecting rod 7, is pivotally connected to additional cranks 15 and 16.

Механизм работает следующим образом. The mechanism works as follows.

При вращении от привода (не показан), например кривошипов 2 и 13, шатуны 6 и 17, совершая плоскопараллельное круговое движение, передадут вращение кривошипам 3 и 14 в ту же сторону. При этом, как было изложено выше при графическом анализе на фиг. 3-5, стороны АВ и ЕF ромбоидов АВСD и CDEF будут двигаться плоскопараллельно, синхронно и однонаправленно. Следовательно, шатун 7 второго параллелограмма О₃KLO₄ будет вращать кривошипы 4, 15 и 5, 16 в противоположную сторону. Таким образом, ведущие кривошипы 2, 13 обеспечивают синхронное вращение кривошипов 3, 14 в ту же сторону, а кривошипов 4, 15 и 5, 16 в противоположную сторону. Расположение кривошипов 2-5 и 13-16 под углами, отличными от 0^о и 180^о, исключает неопределенность движения кривошипов.When rotating from a drive (not shown), for example cranks 2 and 13, connecting rods 6 and 17, making plane-parallel circular motion, will transmit rotation to cranks 3 and 14 in the same direction. In this case, as was stated above in the graphical analysis in FIG. 3-5, the sides AB and EF of the rhomboids ABCD and CDEF will move in a plane-parallel, synchronous and unidirectional fashion. Therefore, the connecting rod 7 of the second parallelogram O ₃ KLO ₄ will rotate the cranks 4, 15 and 5, 16 in the opposite direction. Thus, the leading cranks 2, 13 provide synchronous rotation of the cranks 3, 14 in the same direction, and the cranks 4, 15 and 5, 16 in the opposite direction. Location cranks 2-5 and 13-16 at an angle different from ⁰ ° and ¹⁸⁰ °, eliminates the uncertainty of the crank movement.

Шарнир С при работе механизма перемещается строго по прямой Х-Х, поэтому механизм может быть использован и как прямолинейно направляющий. The hinge C during operation of the mechanism moves strictly in a straight line XX, therefore the mechanism can also be used as a linear guide.

Количество ведомых кривошипов может быть различным, а взаимное расположение кривошипов первого и второго параллелограммов определяется конфигурацией шатунов 6, 7, 17 и 18. The number of driven cranks can be different, and the relative position of the cranks of the first and second parallelograms is determined by the configuration of the rods 6, 7, 17 and 18.

Claims

1. The articulated lever mechanism for transmitting rotation in opposite directions with a constant gear ratio of one to one, comprising a base and a system of pivotally connected rods mounted on it with axes of both fixed and movable joints parallel to each other, characterized in that, for the purpose of four rotational transmissions with a constant gear ratio, four main rotationally mounted on the base of the trapezoid angles perpendicular to the plane of its fixed axes the crank of the same length, of which every two, the main crank, the axis of rotation of which are located on one of the bases of the trapezoid, are pivotally connected, forming articulated parallelograms with the main connecting rods equal in length to the corresponding bases of the trapezium, pivotally interconnected via five rods, forming together with five rods sections on the connecting rods articulated large and small rhomboids, in which the relations of the large sides to the small are equal, the small sides of the larger rhomboid are equal to the large sides of the small rhombo ida, and one of the small sides of the large rhomboid is common with one of the large sides of the small rhomboid, and for the combined arrangement of the connecting rods with the rods on the main connecting rods at the closest or most remote distances between them, the basic hinges are made at right angles between them and the main cranks joints, the axes of which are located in the same perpendicular to the trapezoid bases and the main connecting rods of the plane and in which two orienting rods of the same length are connected at one end, connected to the other ends and hinged with the connection in this hinge at one end of the third rod located between them, the same length equal to the length of the orienting rods to the small side of the large rhomboid and the larger side of the small rhomboid, and on one of the main connecting rods at a distance from the axis of the basic hinge equal to to the large side of the large rhomboid, in the opposite direction to the orienting rods, a rod is pivotally connected at one end with a length equal to the large side of the large rhomboid and pivotally connected to the other end at the end of the rod located between the orienting rods and on the other of the main connecting rods at a distance from the axis of the basic hinge equal to the small side of the small rhomboid, the rod is pivotally connected at one end with a length equal to the side of the small rhomboid and pivotally connected to the other end with the other end of the rod located between the orienting rods, and with the other end of the rod equal in length to the large side of the large rhomboid.

2. The mechanism according to claim 1, characterized in that, in order to eliminate motion uncertainty, with the main cranks are rigidly connected at the same angles with them, not equal to 0 or 180 ^o and preferably from 60 to 120 ^o , additional cranks of the same length, articulated connected in pairs with the corresponding main connecting rods, equal in length to the corresponding bases of the trapezoid and the main connecting rods.