RU2200260C2

RU2200260C2 - Counterbalanced swinging mechanism

Info

Publication number: RU2200260C2
Application number: RU2001104854A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Вахрушев; Г.В. Стрелков
Original assignee: Открытое акционерное общество специального машиностроения и металлургии "Мотовилихинские заводы"
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2003-03-10
Also published as: RU2001104854A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to oscillating system with device for eliminating or reducing unbalanced forces and it can be used in lifting mechanisms with counterbalancing devices. Proposed mechanism contains rocket and counterbalancing unit installed on base. Said unit comprises follower pair consisting of roller and follower and flexible member one end of which is connected with rocker and other end, through lever, is connected with one link of follower pair. Mechanism is furnished with second lever one end of which is connected with rocker through hinge joint and the other is installed for displacement along base. Second link of follower pair is installed on second lever. EFFECT: enlarged range of rocker swinging angle at reduced deformation of flexible member. 3 dwg

Description

Изобретение относится к колебательной системе с устройством для устранения или уменьшения неуравновешенных сил и может быть использовано в подъемных механизмах с уравновешивающими устройствами. The invention relates to an oscillating system with a device for eliminating or reducing unbalanced forces and can be used in lifting mechanisms with balancing devices.

Известно устройство для уравновешивания подъемной массы качающегося механизма, установленного на основании коромысла (см. патент США 2960010, кл. 89-37), содержащее упругий элемент-пружину растяжения. A device for balancing the lifting mass of a swinging mechanism mounted on the base of the rocker arm (see US patent 2960010, CL 89-37) containing a tensile spring-elastic element is known.

Такое устройство не обеспечивает полного уравновешивания, так как закон изменения уравновешивающего момента, созданного пружиной растяжения, отличается от закона изменения момента от веса коромысла. Кроме того, такое устройство не обеспечивает уравновешивания на отрицательных углах поворота коромысла более 10 градусов, а увеличение угла качания коромысла приводит к пропорциональному увеличению габаритов пружины растяжения, а следовательно увеличению габаритов и массы устройства, что ограничивает возможности его применения. Such a device does not provide complete balancing, since the law of change of the balancing moment created by the tension spring differs from the law of change of moment from the weight of the beam. In addition, such a device does not provide balancing at negative angles of rotation of the rocker arm more than 10 degrees, and an increase in the angle of swing of the rocker arm leads to a proportional increase in the dimensions of the tension spring, and therefore an increase in the dimensions and mass of the device, which limits its application.

Известно другое устройство для уравновешивания подъемной массы качающегося механизма, установленного на основании коромысла (см. патент США 2993416, кл. 89-37), содержащее упругий элемент-пружину растяжения, соединенную с копиром, установленным на коромысле. Another device is known for balancing the lifting mass of a swinging mechanism mounted on a rocker arm (see US Pat. No. 2,993,416, CL 89-37), comprising an elastic tensile spring element coupled to a copier mounted on the beam.

В таком устройстве благодаря наличию копира можно задавать закон изменения уравновешивающего момента. Однако возможности его применения также ограничены по описанным выше причинам. In such a device, due to the presence of a copier, one can set the law of change of the balancing moment. However, the possibilities of its use are also limited for the reasons described above.

Наиболее близким к заявляемому и принятым нами за прототип является уравновешенный механизм качания (патент РФ 2093731, МПК F 16 F 15/00), содержащий установленное на основании коромысло и узел уравновешивания, имеющий копирную пару и упругий элемент, соединенный одним концом с коромыслом, а другим, посредством рычага, с одним звеном копирной пары. Closest to the claimed and adopted by us for the prototype is a balanced swing mechanism (RF patent 2093731, IPC F 16 F 15/00) containing a rocker mounted on the base and a balancing unit having a copier pair and an elastic element connected at one end to the beam, and another, by means of a lever, with one link of a carbon pair.

Такой механизм имеет более широкие возможности применения, так как уравновешивание обеспечивается в более широком диапазоне угла качания за счет обеспечения уравновешивания при отрицательных углах поворота коромысла, превышающих 10^o. Однако в таком механизме угол качания коромысла также ограничен величиной деформации упругого элемента (например, при применении в качестве упругого элемента торсиона этот угол составляет не более 50^o). Это ограничение усугубляется при расположении упругого элемента на или вблизи оси качания коромысла.This mechanism has wider application possibilities, since balancing is provided in a wider range of the angle of swing due to balancing at negative rotation angles of the rocker arm exceeding 10 ^o . However, in such a mechanism, the rocker arm angle is also limited by the deformation of the elastic element (for example, when using a torsion as an elastic element, this angle is not more than 50 ^o ). This limitation is exacerbated when the elastic element is located on or near the axis of swing of the beam.

Задачей изобретения является расширение диапазона угла качания коромысла при уменьшении величины деформации упругого элемента. The objective of the invention is to expand the range of the angle of swing of the beam while reducing the magnitude of the deformation of the elastic element.

Поставленная задача решается усовершенствованием уравновешенного механизма качания, содержащего установленное на основании коромысло и узел уравновешивания, имеющий копирную пару и упругий элемент, соединенный одним концом с коромыслом, а другим - посредством рычага, с одним звеном копирной пары. The problem is solved by improving the balanced swing mechanism, comprising a beam mounted on the base and a balancing unit having a carbon pair and an elastic element connected at one end to the beam and the other via a lever with one link of the carbon pair.

Это усовершенствование заключается в том, что он снабжен вторым рычагом, один конец которого шарнирно соединен с коромыслом, а второй установлен с возможностью перемещения по основанию, при этом второе звено копирной пары установлено на втором рычаге. This improvement lies in the fact that it is equipped with a second lever, one end of which is pivotally connected to the beam, and the second is mounted with the ability to move along the base, while the second link of the copy pair is mounted on the second lever.

Снабжение механизма вторым рычагом и установка второго звена копирной пары на этом рычаге позволяет при повороте коромысла повернуть оба конца упругого элемента (один конец поворачивается вместе с коромыслом, а второй - посредством второго рычага на угол, меньший угла качания коромысла) и таким образом обеспечить при повороте коромысла меньшую величину деформации упругого элемента. В случае расположения упругого элемента-торсиона на оси качания коромысла этот эффект проявляется больше всего, так как при этом один конец торсиона поворачивается на угол, равный углу качания коромысла. The supply of the mechanism with the second lever and the installation of the second link of the copy pair on this lever allows you to rotate both ends of the elastic element when turning the rocker arm (one end rotates with the rocker arm, and the second through the second lever by an angle smaller than the rocker arm swing angle) and thus provide when turning rocker arm a smaller amount of deformation of the elastic element. In the case of the location of the elastic element-torsion bar on the axis of swing of the beam, this effect is manifested most of all, since one end of the torsion bar is rotated by an angle equal to the angle of swing of the beam.

Изобретение объясняется чертежом, где изображена схема предлагаемого механизма. На фиг.1 - вариант с упругим элементом-торсионом, расположенным на оси качания коромысла, и копиром, расположенным на втором рычаге; на фиг.2 - вариант с упругим элементом-торсионом, расположенным вблизи оси качания коромысла, и роликом копирной пары, расположенным на втором рычаге; на фиг.3 - вариант с упругим элементом-пружиной растяжения и копиром, расположенным на втором рычаге. The invention is explained by the drawing, which shows a diagram of the proposed mechanism. In Fig.1 - a variant with an elastic element-torsion bar located on the axis of swing of the rocker arm, and a copier located on the second lever; figure 2 is a variant with an elastic element-torsion bar located near the axis of swing of the rocker arm, and a roller pair of copier located on the second lever; figure 3 is a variant with an elastic element-spring tension and a copier located on the second lever.

Уравновешенный механизм качания содержит основание 1, на котором посредством оси 2 установлено коромысло 3 с узлом уравновешивания, который включает упругий элемент 4, выполненный в виде торсиона (фиг.1, 2) и в виде пружины (фиг. 3), который соединен посредством рычага 5 со звеном копирной пары-роликом 6 (фиг.1, 3) или копиром 7 (фиг.2). Второе звено копирной пары-копир 7 (фиг.1, 3) или ролик 6 (фиг.2) расположены на втором рычаге 8, один конец которого шарниром 9 соединен с коромыслом 3, а второй установлен с возможностью перемещения посредством ролика 10 по основанию 1. Рычаги 5 и 8 образуют между собой острый угол α. Для обеспечения требуемого закона перемещения рычага 8 участок 11 поверхности основания 1, по которому перемещается ролик 10, (фиг.1) может быть выполнен криволинейным. The balanced swing mechanism comprises a base 1, on which, through the axis 2, a rocker 3 with a balancing unit is installed, which includes an elastic element 4 made in the form of a torsion bar (Figs. 1, 2) and in the form of a spring (Fig. 3), which is connected by a lever 5 with the link of the carbon pair-roller 6 (figure 1, 3) or copier 7 (figure 2). The second link of the copier pair — copier 7 (FIGS. 1, 3) or roller 6 (FIG. 2) are located on the second lever 8, one end of which is connected by a hinge 9 to the beam 3, and the second is mounted for movement by means of the roller 10 on the base 1 The levers 5 and 8 form between themselves an acute angle α. To ensure the desired law of movement of the lever 8, the portion 11 of the surface of the base 1 along which the roller 10 moves (Fig. 1) can be made curved.

Уравновешенный механизм качания работает следующим образом. Balanced swing mechanism works as follows.

В исходном положении коромысла 3 (на угле β, близком к 90^o) упругий элемент-торсион 4 (фиг. 1, 3) или пружина 4 (фиг.2) находятся в предварительно напряженном состоянии. При этом момент от реакции R взаимодействия звеньев копирной пары-ролика 6 и копира 7, определяемый выражением М=R•h (где h - плечо реакции R), равен или близок по величине и противоположен по направлению моменту от веса Q коромысла 3, определяемому выражением M_к=Q•H, где H - плечо силы Q.In the initial position of the rocker arm 3 (at an angle β close to 90 ^° ), the elastic torsion element 4 (Figs. 1, 3) or spring 4 (Fig. 2) are in a prestressed state. Moreover, the moment from the reaction R of the interaction of the links of the copier-roller 6 and the copier 7, defined by the expression M = R • h (where h is the reaction arm R), is equal to or close in magnitude and opposite in direction to the moment from the weight Q of the rocker 3, determined by the expression M _k = Q • H, where H is the shoulder of the force Q.

При повороте коромысла 3 на оси 2 конец упругого элемента, закрепленный на коромысле 3 поворачивается вместе с ним. Второй конец упругого элемента 4, закрепленный на рычаге 5, поворачивается вместе с концом рычага 5, перемещение которого определяется формой поверхности копира 7 и положением рычага 8. Один конец рычага 8 перемещается вместе с коромыслом 3 и посредством шарнира 9 поворачивается относительно него, его второй конец при этом перемещается по основанию 1, в результате чего происходит поворот рычага 5 относительно коромысла 3, уменьшающий угол поворота конца упругого элемента 4, закрепленного на рычаге 5. За счет разницы в углах поворота концов упругого элемента 4 происходит дополнительное его закручивание на угол, меньший угла поворота коромысла 3, а аккумулируемая упругим элементом 4 энергия через рычаг 5 и копирный узел (ролик 6 и копир 7) передается уравновешиваемому объекту - коромыслу 3. При этом ролик 6 (фиг.1, 3) или копир 7 (фиг.2) обкатывается по копиру 7 (или по ролику 6), возникающая реакция взаимодействия ролика 6 и копира 7 создает момент M_у, противоположно направленный моменту М_к от веса коромысла 3, обеспечивая его уравновешивание на всем диапазоне углов качания коромысла.When the beam 3 is rotated on the axis 2, the end of the elastic element fixed to the beam 3 is rotated with it. The second end of the elastic element 4, mounted on the lever 5, rotates together with the end of the lever 5, the movement of which is determined by the shape of the surface of the copier 7 and the position of the lever 8. One end of the lever 8 moves together with the rocker 3 and rotates relative to it by a hinge 9, its second end it moves along the base 1, as a result of which the lever 5 is rotated relative to the beam 3, which reduces the angle of rotation of the end of the elastic element 4 mounted on the lever 5. Due to the difference in the angles of rotation of the ends of the elastic of element 4, it is additionally twisted by an angle smaller than the angle of rotation of the rocker arm 3, and the energy accumulated by the elastic element 4 through the lever 5 and the copier unit (roller 6 and copier 7) is transferred to the balanced object - rocker 3. In this case, roller 6 (Fig. 1 , 3) or the copier 7 (Fig. 2) is run around the copier 7 (or along the roller 6), the reaction of the interaction of the roller 6 and the copier 7 creates a moment M _y opposite to the moment M _to the weight of the rocker 3, ensuring its balancing throughout range of rocker rocking angles.

Применение предложенного уравновешенного механизма качания позволяет обеспечить расширение диапазона угла качания коромысла при уменьшении величины деформации упругого элемента. The application of the proposed balanced swing mechanism allows to expand the range of the swing angle of the rocker with a decrease in the strain of the elastic element.

Claims

A balanced swing mechanism comprising a beam mounted on the base and a balancing unit having a carbon pair and an elastic element connected at one end to the beam and the other via a lever with one link of the carbon pair, characterized in that it is equipped with a second lever, one end of which is articulated connected to the beam, and the second is mounted with the ability to move along the base, while the second link of the copy pair is mounted on the second lever.