RU2249133C1

RU2249133C1 - Method of and mechanism for provision of rotation with stops

Info

Publication number: RU2249133C1
Application number: RU2003123637/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Пожбелко (RU); В.И. Пожбелко
Original assignee: Пожбелко Владимир Иванович
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-03-27
Also published as: RU2003123637A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in automatic machines for precise positioning and smooth control of variable speed with stops of movable objects and in drives where temporary stopping of driven rotating shaft with drive engine operating is required. According to proposed method continuous rotation of drive shaft is mechanically converted into interrupted rotation of driven shaft without interruption of kinematic coupling of mechanical converter by displacing its links in plane-parallel motion and change of its structure of parallelogram mechanism into non-parallelogram two-crank mechanism by changing length of post by shifting the latter along movable connecting rod with driven crank of converter by structure changer. Invention enlarges kinematic capabilities of method and mechanism, improved operation reliability, provides precise stopping of working member with subsequent adjustable variable speed of motion in one of three position operating conditions, automatic elimination of dead positions in parallelogram mechanism and exclusion of its uncertainty.

EFFECT: possibility of complete continuous stopping of driven shaft with engine operating without use of friction clutch or any brakes.

11 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования непрерывного вращательного движения во вращение с остановками ведомого вала, и может найти применение в различных машинах-автоматах для точного позиционирования и плавного регулирования переменной скорости движения подвижных объектов и в приводах машин, где требуется временный останов ведомого вала при работающем двигателе.The invention relates to mechanical engineering, namely to devices for converting continuous rotational motion into rotation with stops of the driven shaft, and can be used in various automatic machines for precise positioning and smooth control of variable speed of moving objects and in drives of machines where a temporary stop of the driven shaft with the engine running.

Известен способ воспроизведения вращения с остановками, заключающийся в том, что разрывают кинематическую связь механического преобразователя между ведущим и ведомым валами [1]. Устройство для осуществления данного способа может быть выполнено в виде фрикционного сцепления и тормозной системы ведомого вала, или в виде кривошипно-коромыслового механизма угловых колебаний с периодически выключаемыми обгонными муфтами, или в виде кривошипно-кулисного механизма мальтийского креста [1].A known method of reproducing rotation with stops, which consists in breaking the kinematic connection of a mechanical converter between the drive and driven shafts [1]. A device for implementing this method can be made in the form of a friction clutch and brake system of the driven shaft, or in the form of a crank-rocker mechanism of angular oscillations with periodically switched overrunning clutches, or in the form of a crank-rocker mechanism of the Maltese cross [1].

Недостатком данного способа является значительная нагруженность привода из-за жестких ударов от разрыва кинематической цепи.The disadvantage of this method is the significant load of the drive due to hard shocks from breaking the kinematic chain.

Известен также способ воспроизведения вращения с остановками, заключающийся в суммировании на ведомом валу переменных скоростей вращения механического преобразователя без разрыва кинематической связи между ведущим и ведомым валами [2]. Устройство для осуществления этого способа выполнено в виде совокупности кривошипно-коромыслового рычажного и зубчатого механизмов [2].There is also a method of reproducing rotation with stops, which consists in summing on a driven shaft variable speeds of rotation of a mechanical converter without breaking the kinematic connection between the driving and driven shafts [2]. A device for implementing this method is made in the form of a combination of crank-link lever and gear mechanisms [2].

Недостатком данного способа являются приближенный характер "остановок" (во время которых ведомый вал поворачивается в другую сторону) и их ограниченная продолжительность из-за неодинаковых законов суммируемых скоростей ведомого вала (который из-за этого в действительности не останавливается).The disadvantage of this method is the approximate nature of the “stops” (during which the driven shaft rotates in the opposite direction) and their limited duration due to the uneven laws of the summed speeds of the driven shaft (which does not actually stop because of this).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ воспроизведения вращения с остановками без разрыва кинематической связи механического преобразователя в виде механизма П.Л.Чебышева [3], заключающийся в том, что звенья преобразователя постоянной структуры перемещают по шатунной кривой переменного радиуса кривизны, которая в узких пределах принимается за приближенную окружность [3].The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a method of reproducing rotation with stops without breaking the kinematic connection of a mechanical converter in the form of a mechanism of P. L. Chebyshev [3], which consists in the fact that the links of the converter of constant structure are moved along the connecting rod curve of variable radius curvature, which within narrow limits is taken as an approximate circle [3].

Недостатками указанного способа являются невозможность полной и неограниченной по продолжительности точной остановки вращающегося рабочего органа при работающем двигателе, а также отсутствие плавного регулирования закона вращения ведомого вала.The disadvantages of this method are the impossibility of a complete and unlimited duration of an exact stop of a rotating working body when the engine is running, as well as the lack of smooth regulation of the law of rotation of the driven shaft.

Целью изобретения предлагаемого способа является обеспечение возможности полной и неограниченной по продолжительности точной остановки без разрыва кинематической цепи вращающегося рабочего органа, а также возможности плавного регулирования закона его вращения.The aim of the invention of the proposed method is to enable full and unlimited duration of an exact stop without breaking the kinematic chain of a rotating working body, as well as the possibility of smooth regulation of the law of its rotation.

Это достигается за счет того, что в способе воспроизведения вращения с остановками, заключающегося в том, что непрерывное вращение ведущего вала механическим путем преобразуют в прерывистое вращение ведомого вала без разрыва кинематической связи механического преобразователя - звенья преобразователя перемещают в плоскопараллельном движении по окружностям постоянного радиуса кривизны и в процессе этого движения изменяют структуру преобразователя из параллелограммного механизма в непараллелограммный двухкривошипный механизм путем изменения длины звеньев параллелограммного механизма или путем изменения в его крайних положениях параллельного расположения ведущего и ведомого кривошипов между собой на непараллельное и наоборот.This is achieved due to the fact that in the method of reproducing rotation with stops, namely, that the continuous rotation of the drive shaft is mechanically converted into intermittent rotation of the driven shaft without breaking the kinematic connection of the mechanical transducer - the links of the transducer are moved in plane-parallel motion along circles of constant radius of curvature and in the process of this movement, the structure of the converter is changed from a parallelogram mechanism to a non-parallelogram two-crank mechanism changing the length of links parallelogram mechanism or by changes in its extreme positions of the parallel arrangement of the driving and driven crank-parallel to each other and vice versa.

Также известен механизм для воспроизведения вращения с остановками за счет разрыва кинематической связи между ведущим и ведомым валами, выполненный в виде кривошипно-кулисного устройства мальтийского креста, имеющего посредством разрыва связи переменную структуру при переходе от вращения к остановкам [4].Also known is a mechanism for reproducing rotation with stops due to a break in the kinematic connection between the driving and driven shafts, made in the form of a crank-rocker device of the Maltese cross, which has a variable structure during the transition from rotation to stops by breaking the link [4].

Его известными недостатками являются большие динамические нагрузки из-за жестких ударов и ограниченный из-за этого угол остановки (обычно применяют 4- или 6-пазовый крест, так как уменьшение числа пазов до 3-х повышает инерционные нагрузки в 45-80 раз [4, с.420], а двухпазовый крест с продолжительным выстоем вообще невозможен [4, с.420]. Кроме того, мальтийский крест работает только при несоосном расположении входа и выхода.Its known disadvantages are large dynamic loads due to hard impacts and a limited stop angle (usually a 4- or 6-groove cross is used, since reducing the number of grooves to 3 increases the inertial loads by 45-80 times [4 , p. 420], and a two-groove cross with a long stand is impossible at all [4, p. 420]. In addition, the Maltese cross works only if the entrance and exit are not aligned.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является механизм для воспроизведения вращения с остановками, содержащий механический преобразователь непрерывного вращения ведущего вала в прерывистое вращение ведомого вала без разрыва связи между ними, кинематически связанный с ведомым валом посредством зубчатой передачи, в котором механический преобразователь выполнен в виде рычажного кривошипно-коромыслового механизма постоянной структуры; колеса зубчатой передачи установлены на разных звеньях рычажного механизма, одно из зубчатых колес жестко закреплено на ведущем кривошипе, а два других шарнирно установлены на шатуне и ведомом коромысле [5].The closest in technical essence and the achieved effect to the present invention is a mechanism for reproducing rotation with stops, comprising a mechanical converter for continuous rotation of the drive shaft into intermittent rotation of the driven shaft without breaking the connection between them, kinematically connected to the driven shaft by means of a gear train, in which the mechanical converter made in the form of a lever crank-beam mechanism of a constant structure; gear wheels are mounted on different links of the linkage mechanism, one of the gears is rigidly fixed to the leading crank, and the other two are pivotally mounted on the connecting rod and the driven beam [5].

Недостатками указанного механизма являются:The disadvantages of this mechanism are:

1. Приближенная и ограниченная по продолжительности и точности позиционирования "остановка" ведомого вала (45-50° угла поворота ведущего кривошипа за цикл его поворота на 360° ).1. Approximate and limited in duration and positioning accuracy "stop" of the driven shaft (45-50 ° of the angle of rotation of the leading crank for a cycle of its rotation of 360 °).

2. Во время указанной приближенной остановки происходит движение ведомого вала в обратную сторону с ударной перекладкой зазоров, что снижает надежность и быстродействие работы механизма.2. During the indicated approximate stop, the driven shaft moves in the opposite direction with shock shifting of the gaps, which reduces the reliability and speed of the mechanism.

3. Невозможность полного продолжительного стопорения ведомого вала при работающем двигателе.3. The impossibility of a complete continuous locking of the driven shaft with the engine running.

4. Отсутствует возможность плавной настройки на режим безостановочного регулируемого вращения ведомого вала.4. There is no possibility of smooth adjustment to the mode of non-stop adjustable rotation of the driven shaft.

5. Компоновка механизма требует несоосного расположения ведущего и ведомого валов, что увеличивает его габариты.5. The arrangement of the mechanism requires misaligned arrangement of the drive and driven shafts, which increases its dimensions.

Это достигается за счет того, что в механизме для воспроизведения вращения с остановками по предлагаемому способу, содержащем кинематически связанный с ведомым валом посредством зубчатой передачи механический преобразователь, последний снабжен устройством изменения его структуры и выполнен в виде рычажного параллелограммного механизма с ведущим и ведомым кривошипами одинаковой длины и кинематически связывающего их шатуна меньшей по сравнению с кривошипами длины, ведущий кривошип шарнирно соединен со стойкой, ведомый кривошип шарнирно соединен с ползуном, подвижно установленным на стойке и образующим с ней поступательную пару вдоль стойки, а зубчатая передача выполнена в виде ведущего и ведомого зубчатых колес одинакового диаметра, установленных вдоль ведущего кривошипа в зацеплении через промежуточную шестерню, ведущее зубчатое колесо закреплено на шатуне со стороны ведущего кривошипа, ведомое зубчатое колесо закреплено на ведомом валу соосно шарниру, соединяющему ведущий кривошип со стойкой. Ползун с ведомым кривошипом подпружинен относительно стойки, а устройство изменения структуры преобразователя может быть выполнено в виде винтовой самотормозящейся передачи, или в виде установленного на стойке поворотного кулачка, или в виде сблокированного с ведомым кривошипом выпуклого кулачка, взаимодействующего с жестко установленным на стойке ограничительным роликом, установленным со смещением относительно оси вращения ведущего кривошипа.This is achieved due to the fact that in the mechanism for reproducing rotation with stops according to the proposed method, containing a mechanical converter kinematically connected to the driven shaft by means of a gear transmission, the latter is equipped with a device for changing its structure and is made in the form of a lever parallelogram mechanism with leading and driven cranks of the same length and a connecting rod kinematically connecting them with a shorter length than the cranks, the leading crank is pivotally connected to the strut, the driven crank it is connected to a slider movably mounted on the rack and forming a translational pair with it along the rack, and the gear transmission is made in the form of a driving and driven gears of the same diameter, mounted along the leading crank in engagement through an intermediate gear, the driving gear is fixed to the connecting rod from the side the leading crank, the driven gear is fixed on the driven shaft coaxially to the hinge connecting the leading crank with the rack. The slider with the driven crank is spring-loaded relative to the strut, and the device for changing the structure of the converter can be made in the form of a self-braking helical gear, or in the form of a rotary cam mounted on the rack, or in the form of a convex cam interlocked with the driven crank, interacting with the restrictive roller rigidly mounted on the rack, installed with an offset relative to the axis of rotation of the leading crank.

На фиг.1 и 2 представлена кинематическая схема механизма, осуществляющего предлагаемый способ воспроизведения вращения с остановками (на фиг.1 показана фаза остановки ведомого вала при O₁O₂=АВ, на фиг.2 показана фаза вращения ведомого вала при O₁O₂<АВ). На фиг.2 представлен вариант выполнения устройства изменения структуры преобразователя в виде самотормозящейся винтовой передачи. На фиг.3 представлен вариант выполнения устройства изменения структуры преобразователя в виде установленного на стойке поворотного кулачка. На фиг.4 представлен вариант выполнения устройства изменения структуры преобразователя в виде кулачка, сблокированного с ведомым кривошипом. На фиг.5 показана блокировка ведомого кривошипа с односторонне выпуклым кулачком, на фиг.6 - блокировка ведомого кривошипа с двухсторонне выпуклым кулачком.Figure 1 and 2 presents a kinematic diagram of a mechanism that implements the proposed method of reproducing rotation with stops (figure 1 shows the phase of stop of the driven shaft at O ₁ O ₂ = AB, figure 2 shows the phase of rotation of the driven shaft at O ₁ O ₂ <AB). Figure 2 presents an embodiment of a device for changing the structure of a converter in the form of a self-braking helical gear. Figure 3 presents an embodiment of a device for changing the structure of the converter in the form of a rotary cam mounted on a rack. Figure 4 presents an embodiment of a device for changing the structure of a converter in the form of a cam interlocked with a driven crank. Figure 5 shows the locking of the driven crank with a one-sided convex cam, figure 6 - locking of the driven crank with a two-sided convex cam.

Механизм содержит механический преобразователь непрерывного вращения ведущего вала 1 в прерывистое вращение ведомого вала 2, выполненный в виде рычажного параллелограммного механизма с ведущим кривошипом 3 и ведомым кривошипом 4 одинаковой длины

и кинематически связывающего их шатуна 5 меньшей по сравнения с кривошипами 3 и 4 длины

. Ведущий кривошип 3 шарнирно соединен в точке O₁ со стойкой 6, ведомый кривошип 4 шарнирно соединен в точке O₂ с ползуном 7, подвижно установленным на стойке 6 и образующим с ней поступательную пару вдоль стойки. Ползун 7 с ведомым кривошипом 4 может быть подпружинен относительно стойки 6 посредством упругих элементов 8. Выполнение в параллелограммном механизме шатуна 5 меньшей длины по сравнению с кривошипами 3 и 4 позволяет при уменьшении длины стойки перемещением ползуна 7 (в зоне O₁O₂<АВ) сохранить возможность полного поворота на 360° обоих кривошипов 3 и 4 в непараллелограммном двухкривошипном механизме.The mechanism comprises a mechanical converter for continuous rotation of the drive shaft 1 into intermittent rotation of the driven shaft 2, made in the form of a lever parallelogram mechanism with a drive crank 3 and a driven crank 4 of the same length

and a connecting rod 5 kinematically connecting them smaller in comparison with

cranks

3 and 4 of length

. The leading crank 3 is pivotally connected at the point O ₁ with the rack 6, the driven crank 4 is pivotally connected at the point O ₂ with the slider 7, movably mounted on the rack 6 and forming a translational pair with it along the rack. The slider 7 with the driven crank 4 can be spring-loaded relative to the strut 6 by means of elastic elements 8. The execution in the parallelogram mechanism of the connecting rod 5 of a shorter length compared to the

cranks

3 and 4 allows for the reduction of the strut length by moving the slider 7 (in the zone O ₁ O ₂ <AB) to maintain the possibility of full 360 ° rotation of both

cranks

3 and 4 in a non-parallelogram two-crank mechanism.

Механический преобразователь в виде рычажного параллелограммного механизма кинематически связан с ведомым валом 2 посредством зубчатой передачи, состоящей из ведущего зубчатого колеса 9 и ведомого зубчатого колеса 10 одинакового диаметра, установленных вдоль ведущего кривошипа 3 в зацеплении через промежуточную шестерню 11. Ведущее зубчатое колесо 9 закреплено на шатуне 5 со стороны ведущего кривошипа 3, а ведомое зубчатое колесо 10 закреплено на ведомом валу 2 соосно шарниру O₁, соединяющему ведущий кривошип 3 со стойкой 6.A mechanical converter in the form of a parallelogram linkage mechanism is kinematically connected to the driven shaft 2 by means of a gear train consisting of a leading gear wheel 9 and a driven gear wheel 10 of the same diameter, mounted along the leading crank 3 in engagement through an intermediate gear 11. The leading gear wheel 9 is fixed to the connecting rod 5 from the side of the driving crank 3, and the driven gear 10 is fixed on the driven shaft 2 coaxially to the hinge O ₁ connecting the driving crank 3 with the rack 6.

Дополнительно механический преобразователь снабжен устройством изменения его структуры 12, которое осуществляет периодическую перестройку параллелограммного механизма в непараллелограммный двухкривошипный механизм посредством перемещения ползуна 7 с ведомым кривошипом 4 вдоль стойки 6 и может быть выполнено в виде самотормозящейся винтовой передачи 13 (фиг.2) или в виде взаимодействующего с ползуном 7 поворотного кулачка 14 (фиг.3), установленного на стойке 6 со смещением L относительно оси O₁, вращения ведущего кривошипа 3, равным:Additionally, the mechanical converter is equipped with a device for changing its structure 12, which periodically reorganizes the parallelogram mechanism into a non-parallelogram two-crank mechanism by moving the slider 7 with the driven crank 4 along the strut 6 and can be made in the form of a self-braking helical gear 13 (Fig. 2) or in the form of an interacting with the slider 7 of the rotary cam 14 (figure 3) mounted on the rack 6 with an offset L relative to the axis O ₁ , rotation of the driving crank 3 equal to:

L=l_AB+l+r_O, (1)L = l _AB + l + r _O , (1)

где l_AB - длина шатуна АВ, L - расстояние от контактного торца ползуна до центра O₂ вращения ведомого кривошипа, r_O - минимальный радиус профиля кулачка.where l _AB is the length of the connecting rod AB, L is the distance from the contact end of the slider to the center O _{2 of} rotation of the driven crank, r _O is the minimum radius of the cam profile.

На фиг.4 представлен вариант устройства изменения структуры преобразователя, выполненного в виде сблокированного с ведомым кривошипом 4 выпуклого кулачка 15, взаимодействующего с ограничительным роликом 16, жестко установленным на стойке 6 со смещением L относительно оси O₁ вращения ведущего кривошипа 3, равным:Figure 4 presents a variant of the device for changing the structure of the converter, made in the form of a convex cam 15 interlocked with the driven crank 4, interacting with the limit roller 16, rigidly mounted on the stand 6 with an offset L relative to the axis O _{1 of} rotation of the leading crank 3 equal to:

L=l_AB+r_P+r_O, (2)L = l _AB + r _P + r _O , (2)

где L_AB - длина шатуна АВ, r_P - радиус ограничительного ролика, r_O - минимальный радиус профиля кулачка.where L _AB is the length of the connecting rod AB, r _P is the radius of the restrictive roller, r _O is the minimum radius of the cam profile.

Кулачок 15 может быть выполнен с односторонне выпуклым профилем и сблокирован с ведомым кривошипом 4 перпендикулярно последнему, т.е. линии ВО₂ (фиг.5) или выполнен с двухсторонне выпуклым профилем и сблокирован с ведомым кривошипом вдоль его длины ВО₂ (фиг.6). Кулачок 15 в пределах профильного угла ψ содержит участок круглого профиля постоянного минимального радиуса r_O, определяющий продолжительность точной остановки ведомого вала 2.The cam 15 can be made with a one-sided convex profile and interlocked with the driven crank 4 perpendicular to the latter, i.e. line BO ₂ (Fig. 5) or is made with a two-sided convex profile and is blocked with a driven crank along its length BO ₂ (Fig. 6). Cam 15 within the profile angle ψ contains a section of a circular profile of a constant minimum radius r _O , which determines the duration of an exact stop of the driven shaft 2.

Предлагаемый механизм, осуществляющий способ воспроизведения вращения с остановками без разрыва кинематической связи между ведущим и ведомым валами, работает следующим образом.The proposed mechanism that implements a method of reproducing rotation with stops without breaking the kinematic connection between the drive and driven shafts, operates as follows.

При вращении ведущего кривошипа 3 с угловой скоростью (ω ₁) величина угловой скорости ведомого вала 2 с установленным на нем ведомым колесом 10 (ω ₂) будет определяться скоростью переносного вращения с ведущим кривошипом (ω ₁) и скоростью относительного поворота в шарнире А шатуна 5 с ведущим колесом 9 относительно ведущего кривошипа 3 (ω _5-3). Согласно формуле Виллиса [5, с.139] уравнение вращения с остановками ведомого вала 2 имеет вид:When the leading crank 3 is rotated with an angular speed (ω ₁ ), the angular velocity of the driven shaft 2 with the driven wheel 10 (ω ₂ ) mounted on it will be determined by the speed of the portable rotation with the leading crank (ω ₁ ) and the relative rotation speed in the hinge A of the connecting rod 5 with a driving wheel 9 relative to the driving crank 3 (ω _5-3 ). According to the Willis formula [5, p.139], the equation of rotation with stops of the driven shaft 2 has the form:

где z₉, z₁₀ - числа зубьев ведущего колеса 9 и ведомого колеса 10, ω _5-3 - скорость поворота шатуна 5 вокруг кривошипа 3 в шарнире А.where z ₉ , z ₁₀ - the number of teeth of the driving wheel 9 and the driven wheel 10, ω _5-3 - the speed of rotation of the connecting rod 5 around the crank 3 in the joint A.

Выполнение в предлагаемом механизме колес 9 и 10 одинакового диаметра, т.е. с одинаковым числом зубьев (z₉=z₁₀) и выполнение преобразователя в виде параллелограммного механизма с одинаковой длиной кривошипов 3 и 4 обеспечивают синхронное плоскопараллельное движение (в случае равенства O₁O₂=АВ) как шатуна 5, так и ведущего колеса 9 по окружностям постоянного радиуса кривизны R, равного длине кривошипов (R=l_O1A=l_BO2). Особенностью плоскопараллельного движения звеньев 5 и 9 является нулевая абсолютная угловая скорость их вращения, т.е. происходит криволинейное поступательное движение звеньев 5 и 9 строго параллельно стойке 6, но с относительным их поворотом вокруг шарнира А со скоростьюThe implementation in the proposed mechanism of wheels 9 and 10 of the same diameter, i.e. with the same number of teeth (z ₉ = z ₁₀ ) and the implementation of the Converter in the form of a parallelogram mechanism with the same length of cranks 3 and 4 provide synchronous plane-parallel movement (in the case of equality O ₁ O ₂ = AB) as the connecting rod 5 and the driving wheel 9 in circles of constant radius of curvature R equal to the length of the cranks (R = l _O1A = l _BO2 ). A feature of plane-parallel motion of links 5 and 9 is the zero absolute angular velocity of their rotation, i.e. there is a curvilinear translational movement of links 5 and 9 strictly parallel to the rack 6, but with their relative rotation around the hinge A at a speed

ω _5-3≠ ω₁. Подставляя в выражение (3) указанные значения: z₉=z₁₀, ω _5-3≠ ω ₁, получаем ω ₂=0, т.е. при непрерывном вращении ведущего вала 1 происходит полная и точная остановка неограниченной продолжительности ведомого вала 2 без разрыва кинематической связи между ними и без применения каких-либо тормозов.ω _5-3 ≠ ω ₁ . Substituting the indicated values into expression (3): z ₉ = z ₁₀ , ω _5-3 ≠ ω ₁ , we obtain ω ₂ = 0, i.e. during continuous rotation of the drive shaft 1, a complete and accurate stop of the unlimited duration of the driven shaft 2 occurs without breaking the kinematic connection between them and without applying any brakes.

Изменение с помощью устройства 12 структуры преобразователя из параллелограммного механизма с параллельным расположением между собой ведущего 3 и ведомого 4 кривошипов (случай O₁O₂=АВ) на непараллелограммный двухкривошипный механизм с непараллельным расположением ведущего 3 и ведомого 4 кривошипов (случай O₁O₂<АВ) приводит к тому, что шатун 5 с колесом 9 начинают перемещаться не параллельно стойке 6 с относительной скоростью ω _5-3≠ ω₁ вокруг шарнира А, в результате чего согласно выражению (3) ведомый вал с колесом 10 также начнет вращаться (ω ₂≠ 0). Для указанной структурной перестройки нужно устройством 12 переместить ползун 7 вдоль стойки 6 в направлении уменьшения ее длины (lO₁O₂<l_AB). При этом за полный оборот ведущего вала 1(φ ₁=360° ) ведомый вал 2 также повернется точно на 360° (это установлено автором на действующей модели механизма).Using the device 12, changes the structure of the converter from a parallelogram mechanism with a parallel arrangement of the leading 3 and 4 driven cranks (case O ₁ O ₂ = AB) to a non-parallelogram two-crank mechanism with an unparallel arrangement of the leading 3 and 4 driven cranks (case O ₁ O ₂ < AB) leads to the fact that the connecting rod 5 with the wheel 9 begins to move not parallel to the rack 6 with a relative speed ω _5-3 ≠ ω ₁ around the hinge A, as a result of which, according to expression (3), the driven shaft with the wheel 10 will also begin to rotate (ω ₂ 0). For the indicated structural adjustment, the device 12 needs to move the slider 7 along the strut 6 in the direction of decreasing its length (lO ₁ O ₂ <l _AB ). In this case, for a complete revolution of the drive shaft 1 (φ ₁ = 360 °), the driven shaft 2 will also rotate exactly 360 ° (this is established by the author on the current model of the mechanism).

Отметим, что вращение ведомого вала 2 происходит с переменной внутри цикла угловой скоростью ω ₂, закон которой можно регулировать за счет перемещения шарнира О₂ вдоль стойки 6 в зоне O₁O₂<АВ (в случае увеличения длины стойки в области O₁O₂>АВ ведущее звено 3 не может совершать полный поворот на 360° и превращается в коромысло).Note that the rotation of the driven shaft 2 occurs with a variable inside the cycle angular velocity ω ₂ , the law of which can be controlled by moving the hinge О ₂ along the strut 6 in the zone O ₁ O ₂ <АВ (in case of increasing the length of the strut in the region O ₁ O ₂ > AB drive link 3 cannot complete a 360 ° turn and turns into a rocker arm).

Показанный на фиг.4 вариант выполнения устройства 12 изменения структуры преобразователя в виде сблокированного с ведомым кривошипом 4 кулачка 15 обеспечивает при непрерывном вращении ведущего вала 1 автоматическое изменение структуры из параллелограммного механизма (когда кулачок 15 контактирует с роликом 16 на профиле минимального радиуса r_о в пределах профильного угла ψ , это обеспечивает равенство O₁O₂=АВ, т.е. точную и полную остановку ведомого вала 2) в непараллелограммный двухкривошипный механизм (когда кулачок 15 контактирует с роликом 16 на выпуклой по сравнению с окружностью радиуса r_о части профиля, это приводит к сдвиганию ползуна 7 в направлении O₁ и уменьшению O₁O₂<АВ, которое сопровождается вращением ведомого вала 2). При этом применение односторонне выпуклого кулачка (фиг.5) с одним участком круглого профиля с углом ψ (r_о=const) обеспечивает вращение вала 2 с одной точной остановкой внутри цикла, а применение двухсторонне выпуклого кулачка (фиг.6) с двумя участками круглого профиля (r_о=const) с углами ψ ₁ и ψ ₂ обеспечивает вращение вала 2 с двумя точными остановками внутри цикла одинаковой (при ψ ₁=ψ ₂) или разной (при ψ ₁≠ ψ₂) продолжительности. Аналогичное вращение показанного на фиг.3 поворотного кулачка 14 (установленного отдельно от кривошипа 4) с угловой скоростью ω ₁₄<ω ₁ увеличивает продолжительность остановки ведомого вала 2 до нескольких оборотов ведущего вала 1 в пределах угла его поворота φ ₁=φ _{1 ост}, равного:The embodiment of the device 12 for changing the structure of the converter in the form of a cam 15 interlocked with a driven crank 4, shown in FIG. 4, provides for automatic change of the structure from the parallelogram mechanism when the drive shaft 1 is rotated (when the cam 15 is in contact with the roller 16 on a profile with a minimum radius r _о within of the profile angle ψ, this ensures the equality O ₁ O ₂ = AB, i.e. the exact and complete stop of the driven shaft 2) into a non-parallelogram two-crank mechanism (when the cam 15 is in contact with the roller ohm 16 on a convex compared to a circle of radius r _about part of the profile, this leads to a shift of the slider 7 in the direction of O ₁ and a decrease of O ₁ O ₂ <AB, which is accompanied by rotation of the driven shaft 2). In this case, the use of a one-sided convex cam (Fig. 5) with one section of a circular profile with an angle ψ (r _o = const) provides rotation of the shaft 2 with one exact stop inside the cycle, and the use of a two-sided convex cam (Fig. 6) with two sections of a round profile (r _о = const) with angles ψ ₁ and ψ ₂ provides rotation of the shaft 2 with two exact stops inside the cycle of the same (for ψ ₁ = ψ ₂ ) or different (for ψ ₁ ≠ ψ ₂ ) durations. A similar rotation of the rotary cam 14 shown in FIG. 3 (installed separately from the crank 4) with an angular speed ω ₁₄ <ω ₁ increases the stopping time of the driven shaft 2 to several revolutions of the drive shaft 1 within the angle of rotation φ ₁ = φ _{1 ost} equal to :

где ψ - профильный угол круглой части профиля кулачка минимального радиуса r_о=const.where ψ is the profile angle of the circular part of the cam profile of the minimum radius r _o = const.

Указанная на фиг.5 и на 6 блокировка кулачка 15 с ведомым кривошипом 4 перпендикулярно звену 4 (односторонне выпуклый кулачок на фиг.6) или вдоль звена 4 (двухсторонне выпуклый кулачок на фиг.6) обеспечивает уменьшение длины стойки 6 по сравнению с длиной шатуна 5 (lO₁O₂<l_AB) в крайних положениях (когда кривошипы вытягиваются вдоль стойки) позволяет исключить в параллелограммном механизме (за счет О₁О₂<АВ) оба мертвых неуправляемых положения звеньев и за счет этого повысить надежность работы данного типа рычажного механизма и снизить точность его изготовления.The locking of the cam 15 shown in FIGS. 5 and 6 with the driven crank 4 perpendicular to the link 4 (one-sided convex cam in FIG. 6) or along the link 4 (two-sided convex cam in FIG. 6) reduces the length of the strut 6 compared to the length of the connecting rod 5 (lO ₁ O ₂ <l _AB ) in the extreme positions (when the cranks are pulled along the strut) eliminates both dead uncontrolled positions of the links in the parallelogram mechanism (due to O ₁ O ₂ <AB) and thereby increase the reliability of this type of linkage mechanism and reduce its accuracy manufacturing.

На фиг.7, 8, 9 даны дополнительные примеры выполнения схем механизмов, осуществляющих способ по пп.1 и 2. На фиг.7,а, 8,a, 9,а показана фаза остановки ведомого вала (когда механический преобразователь - это параллелограммный механизм); на фиг.7,б, 8,б, 9,б показана фаза вращения ведомого вала (когда механический преобразователь - это непараллелограммный двухкривошипный механизм): для указанного изменения структуры преобразователя уменьшают длину стойки (l_o) по сравнению с длиной противоположно ей расположенного шатуна (l_AB) за счет углового поворота эксцентрика (звено 19).Figures 7, 8, 9 give further examples of the execution of schemes of mechanisms implementing the method according to claims 1 and 2. Figure 7, a, 8, a, 9, a show the stop phase of the driven shaft (when the mechanical converter is a parallelogram mechanism); 7, b, 8, b, 9, b shows the phase of rotation of the driven shaft (when the mechanical converter is a non-parallelogram two-crank mechanism): for the indicated change in the structure of the converter, the rack length (l _o ) is reduced compared to the length of the opposite connecting rod (l _AB ) due to the angular rotation of the eccentric (link 19).

На фиг.7 и 8 показана кинематическая схема механизма, в котором механический преобразователь связан с ведомым валом посредством зубчатой передачи, а устройство изменения структуры механического преобразователя выполнено в виде поворотного эксцентрика 19, установленного между ведомым кривошипом (подвижное звено 4) и стойкой (звено 6). На фиг.7 показан вариант выполнения поворотного эксцентрика 19 в виде диска со смещенным на величину эксцентриситета "е" центром вращения Е относительно центра диска О₂, на фиг.8 - в виде рычага длиной “е”, установленных с возможностью поворота относительно стойки и последующей фиксации на ней.Figures 7 and 8 show a kinematic diagram of a mechanism in which a mechanical converter is connected to a driven shaft by means of a gear transmission, and a device for changing the structure of a mechanical converter is made in the form of a rotary eccentric 19 mounted between the driven crank (movable link 4) and the rack (link 6 ) Figure 7 shows an embodiment of a rotary eccentric 19 in the form of a disk with a rotation center E shifted by the amount of eccentricity "e" relative to the center of the disk O ₂ , Fig. 8 - in the form of a lever of length "e", mounted for rotation relative to the rack subsequent fixation on it.

Величина эксцентриситета "е" выбирается таким образом, чтобы в крайнем правом положении поворотного эксцентрика (фиг.7,а, 8,а, 9,а) длина стойки была равна длине шатуна АВ(l_O=l_AB) тогда при повороте эксцентрика (звено 19) в крайнее левое положение (фиг.7,а, 8,а, 9,а) длина стойки уменьшается (l_O<l_AB). В пределе при выборе

при повороте эксцентрика (звено 19) в крайнее левое положение его центр О₂ совместится с центром вращения ведущего вала O₁ и весь механизм вращается как одно целое (ω ₂=ω ₁=const).The value of the eccentricity "e" is selected so that in the extreme right position of the rotary eccentric (Fig. 7, a, 8, a, 9, a) the length of the strut is equal to the length of the connecting rod AB (l _O = l _AB ) then when turning the eccentric ( link 19) in the extreme left position (Fig.7, a, 8, a, 9, a) the length of the rack is reduced (l _O <l _AB ). In the limit when choosing

when the eccentric (link 19) is rotated to the leftmost position, its O ₂ center is aligned with the center of rotation of the drive shaft O ₁ and the entire mechanism rotates as a whole (ω ₂ = ω ₁ = const).

На фиг.9 показан вариант схемы механизма, где преобразователь связан с ведомым валом (звено 2) посредством дополнительного параллелограммного механизма (образованного звеньями 3, 5, 17, 18).Figure 9 shows a variant of the mechanism diagram, where the converter is connected to the driven shaft (link 2) by means of an additional parallelogram mechanism (formed by links 3, 5, 17, 18).

Достигаемый в предлагаемом способе и осуществляющем его механизме положительный эффект заключается в следующем:Achieved in the proposed method and its implementing mechanism, the positive effect is as follows:

1. Периодическое вращение ведомого вала с остановками происходит без разрыва его кинематической связи с ведущим валом, что исключает динамические соударения звеньев и повышает плавность работы, надежность и быстродействие механизма.1. Periodic rotation of the driven shaft with stops occurs without breaking its kinematic connection with the drive shaft, which eliminates the dynamic collisions of the links and increases the smoothness of operation, reliability and speed of the mechanism.

2. Возможна настройка на один из трех режимов работы:2. It is possible to configure one of three operating modes:

а) периодический поворот ведомого вала с точными и полными остановками в зависимости от профиля установленного на ползун кулачка;a) periodic rotation of the driven shaft with precise and complete stops depending on the profile of the cam installed on the slider;

б) вращение ведомого вала без остановок с переменной угловой скоростью (случай O₁O₂=const в области O₁O₂<АВ);b) rotation of the driven shaft without stops with variable angular velocity (case O ₁ O ₂ = const in the region O ₁ O ₂ <AB);

в) полная и неограниченная по продолжительности остановка ведомого вала (случай O₁O₂=АВ) без размыкания кинематической цепи и применения тормозных систем (в этом случае механизм на фиг.1 представляет собой новый тип устройства - кинематический тормоз, который в отличие от фрикционного сцепления и тормоза не имеет пробуксовок, нагрева и износа в процессе торможения.c) complete and unlimited duration of the stop of the driven shaft (case O ₁ O ₂ = AB) without opening the kinematic chain and applying brake systems (in this case, the mechanism in figure 1 is a new type of device - a kinematic brake, which, unlike the friction the clutch and the brake does not slip, heat and wear during braking.

3. Возможность плавного бесступенчатого регулирования закона вращения ведомого вала за счет перемещения шарнира O₂ ведомого кривошипа вдоль стойки в области О₁О₂<АВ.3. The possibility of stepless stepless regulation of the law of rotation of the driven shaft by moving the hinge O _{2 of the} driven crank along the rack in the region of O ₁ O ₂ <AB.

4. Возможность передачи вращения с остановками при соосном расположении ведущего и ведомого валов.4. The ability to transmit rotation with stops when the coaxial arrangement of the drive and driven shafts.

5. Возможность вращения ведомого вала с двумя точными внутрицикловыми остановками одинаковой или разной продолжительности за 1 оборот ведущего вала (фиг.6).5. The possibility of rotation of the driven shaft with two accurate in-cycle stops of the same or different durations per 1 revolution of the drive shaft (Fig.6).

6. Исключаются мертвые неопределенные положения звеньев параллелограммного механизма за счет автоматического уменьшения кулачковым устройством длины стойки при совпадении направления одного из кривошипов с направлением стойки - это позволяет повысить надежность работы и снизить точность изготовления данного типа рычажного механизма.6. Dead undefined positions of the links of the parallelogram mechanism are eliminated due to the automatic reduction by the cam device of the rack length when the direction of one of the cranks coincides with the direction of the rack - this improves the reliability and reduces the accuracy of manufacturing of this type of linkage.

Источники информацииSources of information

1. Фролов К.В. и др. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1998, с.414, рис.17.2 - аналог способа.1. Frolov K.V. and others. Theory of mechanisms and machines. M .: Higher school, 1998, p. 414, fig. 17.2 - an analog of the method.

2. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т.3. - М.: Наука, 1979, с.57 - аналог способа.2. Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology. T.3. - M .: Nauka, 1979, p. 57 - an analogue of the method.

3. Боренштейн Ю.П. Исполнительные механизмы со сложным движением рабочих органов. - Л.: Машиностроение, 1973, с.13, рис.13 - прототип способа.3. Borenstein Yu.P. Actuators with a complex movement of the working bodies. - L .: Engineering, 1973, p.13, Fig.13 - a prototype of the method.

4. Фролов К.В. и др. Теория механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 1998, с.416, рис.17.3 - аналог устройства.4. Frolov K.V. and others. Theory of mechanisms and machines. - M .: Higher school, 1998, p. 416, fig. 17.3 - an analogue of the device.

5. Озол О.Г. Теория механизмов машин. - М.: Наука, 1984, с.138, рис.7.16 - прототип устройства.5. Ozol O.G. Theory of machinery mechanisms. - M .: Nauka, 1984, p.138, Fig. 7.16 - prototype of the device.

Claims

1. The method of reproducing rotation with stops, consisting in the fact that the continuous rotation of the drive shaft is mechanically converted into intermittent rotation of the driven shaft without breaking the kinematic connection of the mechanical converter, characterized in that the converter links are moved in plane-parallel motion along circles of constant radius of curvature and in the process This movement changes the structure of the transducer from a parallelogram mechanism to a non-parallelogram two-crank mechanism.

2. The method according to claim 1, characterized in that for changing the structure of the converter, the length of the links of the parallelogram mechanism is changed, for example, the rack length is reduced compared to the length of the connecting rod or at the same time the rack length and the length of the drive crank are reduced by the same amount compared to the opposite links.

3. The method according to claim 1, characterized in that the structure of the converter is changed in the extreme positions of the parallelogram mechanism by changing the parallel arrangement of the leading and driven cranks between themselves to non-parallel and vice versa.

4. A mechanism for reproducing rotation with stops, comprising a mechanical converter for continuous rotation of the drive shaft into intermittent rotation of the driven shaft without breaking the connection between them, kinematically connected to the driven shaft by means of a gear transmission, characterized in that the mechanical converter is equipped with a device for changing its structure and is made in in the form of a lever parallelogram mechanism with a leading and driven cranks of the same length and a connecting rod kinematically connecting them smaller compared to lengthwise, the leading crank is pivotally connected to the rack, the driven crank is pivotally connected to a slider movably mounted on the rack and forming a translational pair along the rack, and the gear transmission is made in the form of a leading and driven gears of the same diameter mounted along the leading crank in mesh through the intermediate gear, the drive gear is fixed to the connecting rod from the side of the drive crank, the driven gear is mounted on the driven shaft coaxially to the hinge connecting the drive wheel Isohip with a stand.

5. The mechanism according to claim 4, characterized in that the slider with a driven crank is spring-loaded relative to the rack.

6. The mechanism according to claim 4, characterized in that the device for changing the structure of the mechanical transducer by moving the slider with a driven crank along the rack is made in the form of a self-braking, for example, helical gear.

7. The mechanism according to claim 4, characterized in that the slider moving device with a driven crank along the strut is made in the form of a rotary cam mounted on the strut and interacting with the slider.

8. The mechanism according to claim 7, characterized in that the rotary cam is mounted on a stand with an offset relative to the axis of rotation of the driving crank equal to L = l _AB + l + r _O , where l _AB is the length of the connecting rod AB, l is the distance from the contact end slider to the center O ₂ rotation of the driven crank, r _O - the minimum radius of the profile of the rotary cam.

9. The mechanism according to claim 4, characterized in that the device for changing the structure of the mechanical transducer by moving the slider with the driven crank along the strut is made in the form of a perpendicular to the last one-sided convex cam interlocked with the driven crank interacting with the restrictive roller rigidly mounted on the strut.

10. The mechanism according to claim 4, characterized in that the slider moving device with the driven crank along the strut is made in the form of a two-convex cam that is interlocked with the driven crank along its length, interacting with the restrictive roller rigidly mounted on the strut.

11. The mechanism according to PP.9 and 10, characterized in that the limit roller is mounted on a rack with an offset relative to the axis of rotation of the drive crank, equal to: L = l _AB + r _P + r _O , where l _AB is the length of the connecting rod AB, r _P is the radius of the restriction roller, r _O is the minimum radius of the cam profile.