RU2404385C2 - Spatial hinged guide mechanism - Google Patents
Spatial hinged guide mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404385C2 RU2404385C2 RU2008145813/11A RU2008145813A RU2404385C2 RU 2404385 C2 RU2404385 C2 RU 2404385C2 RU 2008145813/11 A RU2008145813/11 A RU 2008145813/11A RU 2008145813 A RU2008145813 A RU 2008145813A RU 2404385 C2 RU2404385 C2 RU 2404385C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- driven
- crank
- links
- plane
- connecting rod
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к направляющим механизмам для воспроизведения нескольких кривых определенного вида, и может использоваться в качестве привода нескольких инструментов при обработке поверхностей и в качестве скелетной основы для объектов типа, например, машущего крыла, изменяющих свою форму при движении.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to guiding mechanisms for reproducing several curves of a certain type, and can be used as a drive for several tools when processing surfaces and as a skeletal basis for objects such as, for example, a flapping wing that change shape when moving.
Известен пространственный шарнирный прямолинейно направляющий механизм, который используется для воспроизведения чертящей точкой прямой линии [Патент РФ 2075672, МПК6 F16H 21/04. Шарнирный прямолинейно направляющий механизм. / В.И.Доронин (РФ); ДВГАПС (РФ) - №93032912/28, заявл, 23.06.93, опубл. 20.03.97. Бюл. №8]. Этот механизм содержит стойку с шарнирно установленными на ней кривошипом и ведомым звеном (коромыслом), двуплечий шатун с чертящей точкой на свободном конце, другой конец которого шарнирно связан с кривошипом, а средняя точка - с ведомым звеном.Known spatial articulated linear guide mechanism, which is used to reproduce a straight line as a drawing point [RF Patent 2075672, IPC6 F16H 21/04. Articulated linear guide mechanism. / V.I. Doronin (RF); DVGAPS (RF) - No. 93032912/28, declared, 06.23.93, publ. 03/20/97. Bull. No. 8]. This mechanism contains a rack with a crank mounted on it and a driven link (yoke), a two-arm connecting rod with a drawing point on the free end, the other end of which is pivotally connected to the crank, and the middle point is connected to the driven link.
Шарниры, соединяющие кривошип со стойкой и ведомое звено с шатуном, выполнены одноподвижными, причем ось шарнира соединения кривошипа со стойкой параллельна плоскости расположения шатуна и ведомого звена, а ось шарнира соединения ведомого звена с шатуном перпендикулярна плоскости шатуна и ведомого звена. Шарнир соединения кривошипа с шатуном выполнен сферическим. Шарнир соединения ведомого звена со стойкой выполнен двухподвижным и установлен в точке пересечения плоскости вращения кривошипа с прямой, проходящей через чертящую точку шатуна параллельно оси шарнира соединения кривошипа со стойкой. Первая из двух взаимно перпендикулярных осей шарнира соединения ведомого звена со стойкой перпендикулярна плоскости вращения кривошипа, а вторая - плоскости расположения ведомого звена и шатуна.The hinges connecting the crank with the strut and the driven link with the connecting rod are made as one-way, with the axis of the hinge connecting the crank and the strut parallel to the plane of the connecting rod and the driven link, and the axis of the hinge connecting the driven link with the connecting rod is perpendicular to the plane of the connecting rod and the driven link. The hinge connecting the crank with the connecting rod is made spherical. The hinge for connecting the driven link to the rack is bi-movable and installed at the intersection of the plane of rotation of the crank with a straight line passing through the connecting point of the connecting rod parallel to the axis of the hinge of connecting the crank to the rack. The first of the two mutually perpendicular axes of the hinge connecting the driven link with the strut is perpendicular to the plane of rotation of the crank, and the second is the plane of location of the driven link and connecting rod.
Длины плеч шатуна равны длине ведомого звена.The length of the connecting rod arms is equal to the length of the driven link.
Известный механизм образован присоединением к кривошипу и к стойке структурной группы (шатун с ведомым звеном), которая имеет равное нулю число степеней свободы относительно элементов ее внешних шарниров. При этом число степеней свободы всего механизма равно единице.The known mechanism is formed by joining to the crank and to the strut of the structural group (connecting rod with driven link), which has a zero number of degrees of freedom relative to the elements of its external joints. Moreover, the number of degrees of freedom of the entire mechanism is equal to unity.
Благодаря определенному взаимному расположению шарниров структурной группы и определенной ориентации их осей звенья группы всегда расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения кривошипа. Линия пересечения этих плоскостей проходит через центры внешних шарниров группы. У звеньев группы исключена возможность вращения вокруг названной линии пересечения плоскостей. Такое ограничение на возможные перемещения звеньев группы при определении числа ее степеней свободы не учитывается, так как названная линия пересечения плоскостей не имеет фиксированного расположения относительно элементов сферического шарнира соединения кривошипа с шатуном. Группа относится к нулевому семейству. Согласно известным структурным формулам число степеней свободы этой группы относительно элементов своих внешних шарниров равно нулю. [Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука. 1965. - 776 с.].Due to a certain mutual arrangement of the hinges of the structural group and a certain orientation of their axes, the links of the group are always located in a plane perpendicular to the plane of rotation of the crank. The line of intersection of these planes passes through the centers of the outer hinges of the group. The links of the group exclude the possibility of rotation around the named line of intersection of the planes. Such a restriction on the possible movements of the links of the group when determining the number of its degrees of freedom is not taken into account, since the named line of intersection of the planes does not have a fixed location relative to the elements of the spherical hinge connecting the crank with the connecting rod. The group belongs to the zero family. According to well-known structural formulas, the number of degrees of freedom of this group relative to the elements of its external hinges is zero. [Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms. - M .: Science. 1965. - 776 p.].
Известный пространственный прямолинейно направляющий механизм работает следующим образом. При непрерывном вращении ведущего звена - кривошипа, обеспечивается полная определенность движения шатуна и ведомого звена. При этом благодаря принятому соотношению между длинами звеньев, определенному взаимному расположению всех шарниров и определенной ориентации их осей чертящая точка на свободном конце шатуна перемещается по прямой, совпадающей с первой осью шарнира соединения ведомого звена со стойкой. Продольная ось шатуна совершает несложное движение относительно стойки, промежуточные точки оси описывают замкнутые пространственные кривые.Known spatial rectilinear directing mechanism operates as follows. With continuous rotation of the leading link - the crank, the full certainty of the movement of the connecting rod and the driven link is ensured. In this case, due to the accepted ratio between the lengths of the links, the defined mutual arrangement of all the hinges and the specific orientation of their axes, the drawing point on the free end of the connecting rod moves in a straight line that coincides with the first axis of the hinge connecting the driven link to the rack. The longitudinal axis of the connecting rod makes a simple motion relative to the rack, the intermediate points of the axis describe closed spatial curves.
Обеспечение при непрерывном вращении кривошипа точного воспроизведения чертящей точкой шатуна прямой линии является достоинством известного пространственного шарнирного прямолинейно направляющего механизма.Ensuring the continuous reproduction of the crank by the drafting point of the connecting rod of a straight line is the advantage of the well-known spatial articulated linear guide mechanism.
Недостатком данного механизма является ограниченная возможность воспроизведения чертящими точками шатуна сложных пространственных кривых, что обусловлено сравнительно простым движением продольной оси его шатуна.The disadvantage of this mechanism is the limited ability to reproduce the plotting points of the connecting rod complex spatial curves, due to the relatively simple movement of the longitudinal axis of its connecting rod.
Другим недостатком механизма является высокая интенсивность износа контактирующих поверхностей сферического шарнира, обусловленная необходимостью обеспечения трех степеней относительной подвижности соединяемых им звеньев.Another disadvantage of the mechanism is the high intensity of wear of the contacting surfaces of the spherical hinge, due to the need to provide three degrees of relative mobility of the links connected to it.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пространственный шарнирный направляющий механизм (многократный шарнирный параллелограмм), используемый для воспроизведения сложных замкнутых пространственных кривых с собственными параметрами у каждой кривой [Патент РФ 2331805, МПК F16H 21/46. Многократный шарнирный параллелограмм. / В.И.Доронин (РФ), И.С.Доронин (РФ); ДВГУПС.(РФ). - №2006140010/11, заявл. 13.11.2006, опубл. 20.08.2008. Бюл. №23].The closest in technical essence and the achieved result is a spatial articulated steering mechanism (multiple articulated parallelogram) used to reproduce complex closed spatial curves with their own parameters for each curve [RF Patent 2331805, IPC F16H 21/46. Multiple articulated parallelogram. / V.I. Doronin (RF), I.S. Doronin (RF); DVGUPS. (RF). - No. 2006140010/11, declared 11/13/2006, publ. 08/20/2008. Bull. No. 23].
Данный механизм состоит из стойки, кривошипа и, по крайней мере, двух шатунов и двух ведомых звеньев одинаковой длины. При этом кривошип шарнирно соединен со стойкой и первым шатуном, первое ведомое звено - со стойкой и вторым шатуном, второе ведомое звено - с первым шатуном. Звенья в каждой из пар - первый шатун и первое ведомое звено, второй шатун и второе ведомое звено - шарнирно соединены между собой в средних точках.This mechanism consists of a stand, crank and at least two connecting rods and two driven links of the same length. In this case, the crank is pivotally connected to the strut and the first connecting rod, the first driven link to the strut and the second connecting rod, the second driven link to the first connecting rod. The links in each of the pairs - the first connecting rod and the first driven link, the second connecting rod and the second driven link - are pivotally interconnected at midpoints.
Шарниры соединений кривошипа со стойкой и шатунов с ведомыми звеньями выполнены одноподвижными. Ось шарнира соединения кривошипа со стойкой параллельна плоскости шатунов и ведомых звеньев. Оси всех шарниров соединения шатунов с ведомыми звеньями перпендикулярны плоскости расположения шатунов и ведомых звеньев. Шарнир соединения кривошипа с первым шатуном выполнен сферическим. Шарнир соединения первого ведомого звена со стойкой установлен в плоскости вращения кривошипа и выполнен двухподвижным, причем первая из его двух взаимно перпендикулярных осей перпендикулярна плоскости вращения кривошипа, вторая - плоскости шатунов и ведомых звеньев.The hinges of the connections of the crank with the rack and connecting rods with driven links are made as one-moving. The axis of the hinge connecting the crank with the rack parallel to the plane of the connecting rods and driven links. The axes of all hinges connecting the connecting rods with the driven links are perpendicular to the plane of the location of the connecting rods and driven links. The hinge connecting the crank with the first connecting rod is made spherical. The hinge of the connection of the first driven link with the rack is installed in the plane of rotation of the crank and is made bi-movable, the first of its two mutually perpendicular axes being perpendicular to the plane of rotation of the crank, the second to the plane of the connecting rods and driven links.
Длина кривошипа меньше длины стойки, сумма длин этих звеньев меньше длины первого шатуна.The length of the crank is less than the length of the strut, the sum of the lengths of these links is less than the length of the first connecting rod.
Известный механизм образован последовательным наслоением структурных групп, каждая из которых имеет равное нулю число степеней свободы относительно элементов своих внешних шарниров. Причем первая структурная группа (первый шатун с первым ведомым звеном) относится к группам нулевого семейства, а вторая (второй шатун со вторым ведомым звеном) и последующие структурные группы - к группам третьего семейства. Число степеней свободы всего механизма равно единице.The known mechanism is formed by the sequential layering of structural groups, each of which has an equal to zero number of degrees of freedom with respect to the elements of its external joints. Moreover, the first structural group (the first connecting rod with the first driven link) refers to the groups of the zero family, and the second (the second connecting rod with the second driven link) and the subsequent structural groups to the groups of the third family. The number of degrees of freedom of the whole mechanism is equal to unity.
Известный пространственный шарнирный направляющий механизм работает следующим образом. Вращение кривошипа первым шатуном передается первому ведомому звену, далее через концевые шарниры первого ведомого звена и первого шатуна движение передается второму шатуну и второму ведомому звену.Known spatial articulated guide mechanism operates as follows. The rotation of the crank by the first connecting rod is transmitted to the first driven link, then through the end joints of the first driven link and the first connecting rod, the movement is transmitted to the second connecting rod and the second driven link.
Выбор в данном механизме шарниров с разной подвижностью и определенной ориентацией их осей в пространстве, а также принятое соотношение длин звеньев обеспечивают при вращении кривошипа расположение одних концевых шарниров всех ведомых звеньев на первой оси двухподвижного шарнира, а расположение противоположных им концевых шарниров ведомых звеньев - на прямой, проходящей через центр сферического шарнира параллельно первой оси двухподвижного шарнира. Это приводит к тому, что при вращении кривошипа плоскость шатунов и ведомых звеньев совершает поворотные колебания одновременно с плоскопараллельным движением шатунов и ведомых звеньев в этой плоскости. В результате сложения двух указанных движений каждая точка шатунов и ведомых звеньев, не лежащая на первой оси двухподвижного шарнира, за один цикл описывает замкнутую пространственную кривую с собственными параметрами у каждой кривой. Геометрическая форма этих кривых усложняется с увеличением порядкового номера шатуна и ведомого звена.The choice in this mechanism of hinges with different mobility and a certain orientation of their axes in space, as well as the adopted ratio of the lengths of the links, ensure that the rotation of the crank arrangement of one end hinge of all driven links on the first axis of the two-movable hinge, and the location of the end hinges of the driven links opposite them, on a straight line passing through the center of the spherical joint parallel to the first axis of the two-movable joint. This leads to the fact that when the crank is rotated, the plane of the connecting rods and driven links rotates simultaneously with the plane-parallel movement of the connecting rods and driven links in this plane. As a result of the addition of the two indicated motions, each point of the connecting rods and driven links that does not lie on the first axis of the two-movable hinge describes in one cycle a closed spatial curve with its own parameters for each curve. The geometric shape of these curves is complicated by an increase in the serial number of the connecting rod and the driven link.
Достоинством известного пространственного шарнирного направляющего механизма является расширение его функциональных возможностей, заключающееся в воспроизведении механизмов нескольких видов сложных пространственных кривых с собственными параметрами у каждой кривой.The advantage of the known spatial articulated guide mechanism is the expansion of its functionality, which consists in reproducing the mechanisms of several types of complex spatial curves with their own parameters for each curve.
Недостатком известного пространственного шарнирного направляющего механизма остается высокая интенсивность износа контактирующих поверхностей сферического шарнира «кривошип - первый шатун», обусловленная необходимостью обеспечения трех степеней относительной подвижности соединяемых им звеньев.A disadvantage of the known spatial articulated guide mechanism is the high wear rate of the contacting surfaces of the spherical joint "crank - first connecting rod", due to the need to provide three degrees of relative mobility of the links connected to it.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании пространственного шарнирного направляющего механизма с высоким техническим ресурсом за счет низкой интенсивности износа контактирующих поверхностей шарнира «кривошип - первый шатун» благодаря уменьшению числа степеней свободы относительной подвижности соединяемых им звеньев при сохранении у всего механизма одной степени свободы и многообразия воспроизводимых кривых.The problem solved by the invention is to create a spatial articulated guide mechanism with a high technical resource due to the low wear rate of the contact surfaces of the “crank - first connecting rod” joint due to a decrease in the number of degrees of freedom of relative mobility of the links connected to it while maintaining the same degree of freedom and variety of the whole mechanism reproducible curves.
Для решения поставленной задачи в пространственном шарнирном направляющем механизме, содержащем стойку, кривошип, по крайней мере, два шатуна и два ведомых звена одинаковой длины, при этом кривошип шарнирно соединен со стойкой и первым шатуном, первое ведомое звено - со стойкой и вторым шатуном, второе ведомое звено - с первым шатуном, звенья в каждой из пар - первый шатун и первое ведомое звено, второй шатун и второе ведомое звено - шарнирно соединены между собой в средних точках, шарниры соединений кривошипа со стойкой и шатунов с ведомыми звеньями выполнены одноподвижными, шарнир соединения первого ведомого звена со стойкой выполнен двухподвижным и установлен в плоскости вращения кривошипа, причем ось шарнира соединения кривошипа со стойкой параллельна плоскости расположения шатунов и ведомых звеньев, оси всех шарниров соединения шатунов с ведомыми звеньями перпендикулярны плоскости шатунов и ведомых звеньев, первая из двух взаимно перпендикулярных осей двухподвижного шарнира перпендикулярна плоскости вращения кривошипа, вторая - плоскости шатунов и ведомых звеньев, а длина ведущего звена меньше длины стойки и сумма длин этих звеньев меньше длины первого шатуна, шарнир соединения кривошипа с первым шатуном в механизме выполнен двухподвижным, причем первая из его двух взаимно перпендикулярных осей перпендикулярна плоскости вращения кривошипа, вторая - плоскости шатунов и ведомых звеньев.To solve the problem in a spatial articulated guide mechanism containing a strut, a crank, at least two connecting rods and two driven links of the same length, while the crank is pivotally connected to the strut and the first connecting rod, the first driven link to the strut and the second connecting rod, the second the driven link - with the first connecting rod, the links in each pair - the first connecting rod and the first driven link, the second connecting rod and the second driven link - are pivotally connected to each other at midpoints, the hinges of the crank to the rack and the connecting rods to the driven are made as single-movable, the hinge of the connection of the first driven link with the strut is bi-movable and installed in the plane of rotation of the crank, the axis of the hinge of connecting the crank with the strut parallel to the plane of the connecting rods and driven links, the axes of all hinges connecting the connecting rods with the driven links are perpendicular to the plane of the connecting rods and driven links the first of the two mutually perpendicular axes of the two-movable hinge is perpendicular to the plane of rotation of the crank, the second to the plane of the connecting rods and driven links and the length of the drive link is less than the length of the strut and the sum of the lengths of these links is less than the length of the first connecting rod, the hinge connecting the crank with the first connecting rod in the mechanism is bi-movable, the first of its two mutually perpendicular axes being perpendicular to the plane of rotation of the crank, the second to the plane of the connecting rods and driven links.
Выполнение в пространственном шарнирном направляющем механизме шарнира соединения кривошипа с первым шатуном двухподвижным с определенной ориентацией его осей отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков соответствует критерию патентоспособности "новизна".The implementation in the spatial articulated guide mechanism of the hinge connecting the crank with the first connecting rod two-movable with a certain orientation of its axes distinguishes the claimed solution from the prototype. The presence of significant distinguishing features meets the patentability criterion of "novelty."
Выполнение шарнира соединения кривошипа с первым шатуном двухподвижным снижает интенсивность износа его контактирующих поверхностей по сравнению с интенсивностью износа соответствующего шарнира прототипа. Это обусловлено уменьшением числа степеней свободы относительной подвижности соединяемых им звеньев. Двухподвижный шарнир обеспечивает возможность вращения первого шатуна относительно кривошипа вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.The implementation of the hinge connecting the crank with the first connecting rod two-movable reduces the wear rate of its contacting surfaces in comparison with the wear rate of the corresponding hinge of the prototype. This is due to a decrease in the number of degrees of freedom of relative mobility of the links connected by it. A two-movable hinge provides the possibility of rotation of the first connecting rod relative to the crank around two mutually perpendicular axes.
Кроме того, у всего механизма сохраняется равное единице число его степеней свободы (W=1). Это является следствием структурных особенностей механизма, первая структурная группа которого относится к группам первого семейства, вторая и последующие структурные группы - к группами третьего семейства.In addition, the whole mechanism retains an equal to one number of its degrees of freedom (W = 1). This is a consequence of the structural features of the mechanism, the first structural group of which relates to groups of the first family, the second and subsequent structural groups to groups of the third family.
Принадлежность первой структурной группы заявляемого механизма к 1-му семейству с W=0 обусловлена наложением на звенья группы одной общей связи благодаря фиксированному положению в данной группе линии пересечения плоскости вращения кривошипа с плоскостью шатунов и ведомых звеньев, вокруг которой исключена возможность вращения звеньев группы. При этом фиксированное положение линии пересечения плоскостей обеспечено ее перпендикулярностью осям вращения обоих двухподвижных шарниров группы.The belonging of the first structural group of the claimed mechanism to the 1st family with W = 0 is due to the overlapping of the links of the group with one common bond due to the fixed position in this group of the line of intersection of the plane of rotation of the crank with the plane of the connecting rods and driven links, around which the possibility of rotation of the links of the group is excluded. In this case, the fixed position of the intersection line of the planes is ensured by its perpendicularity to the rotation axes of both two-movable hinges of the group.
В заявляемом механизме также сохраняется многообразие воспроизводимых кривых, что обусловлено определенным расположением осей вращения двухподвижного шарнира "кривошип - первый шатун", не вызывающим изменений в возможных перемещениях шатунов и ведомых звеньев, с которыми связаны чертящие точки механизма.The claimed mechanism also preserves the variety of reproducible curves, which is due to a certain arrangement of the rotation axes of the two-movable joint "crank - first connecting rod", which does not cause changes in the possible movements of the connecting rods and driven links with which the drawing points of the mechanism are connected.
Таким образом, за счет уменьшения числа степеней свободы относительной подвижности звеньев, соединяемых шарниром "кривошип - первый шатун", обеспечивается низкая интенсивность износа контактирующих поверхностей этого шарнира при сохранении у всего механизма одной степени свободы (W=1) и многообразии воспроизводимых кривых.Thus, by reducing the number of degrees of freedom of the relative mobility of the links connected by the “crank - first connecting rod” hinge, a low wear rate of the contacting surfaces of this hinge is ensured while the whole mechanism retains one degree of freedom (W = 1) and the variety of reproducible curves.
Причинно-следственная связь «выполнение шарнира соединения кривошипа с первым шатуном двухподвижным - снижение интенсивности износа его контактирующих поверхностей» явным образом следует из уровня техники.The causal relationship "the implementation of the hinge connecting the crank with the first connecting rod two-way - reducing the wear rate of its contacting surfaces" clearly follows from the prior art.
Однако причинно-следственная связь «выполнение шарнира соединения кривошипа с первым шатуном двухподвижным - сохранение равного единице числа степеней свободы всего механизма» явным образом не следует из уровня техники.However, the causal relationship "the implementation of the hinge connecting the crank with the first connecting rod bi-movable - maintaining equal to one the number of degrees of freedom of the entire mechanism" does not explicitly follow from the prior art.
Наличие неочевидного результата в механизме свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».The presence of an unobvious result in the mechanism indicates the compliance of the proposed solution with the patentability criterion of "inventive step".
На чертеже изображена кинематическая схема заявляемого пространственного шарнирного направляющего механизма в системе координат xyz.The drawing shows a kinematic diagram of the inventive spatial articulated guide mechanism in the xyz coordinate system.
Пространственный шарнирный направляющий механизм содержит стойку 1, ведущее звено - кривошип 2, три шатуна 3, 4, 5 и три ведомых звена 6, 7, 8. Причем шатун 3 с ведомым звеном 6 образуют структурную группу первого семейства, шатун 4 с ведомым звеном 7 и шатун 5 с ведомым звеном 8 - две структурные группы третьего семейства.The spatial articulated guide mechanism comprises a rack 1, a driving link - a crank 2, three connecting rods 3, 4, 5 and three driven links 6, 7, 8. Moreover, a connecting rod 3 with a driven link 6 form a structural group of the first family, a connecting rod 4 with a driven link 7 and connecting rod 5 with driven link 8 are two structural groups of the third family.
Звенья пространственного шарнирного направляющего механизма шарнирно соединены между собой. Кривошип 2 соединен со стойкой 1 одноподвижным шарниром 9 и с первым шатуном 3 двухподвижным шарниром 10. Первое ведомое звено 6 соединено со стойкой 1 двухподвижным шарниром 11 и со вторым шатуном 4 - одноподвижным шарниром 12. Второе ведомое звено 7 соединено с первым шатуном 3 и с третьим шатуном 5 одноподвижными шарнирами 13 и 14 соответственно. Третье ведомое звено 8 соединено со вторым шатуном 4 одноподвижным шарниром 15. Звенья в каждой из пар - первый шатун 3 и первое ведомое звено 6, второй шатун 4 и второе ведомое звено 7, третий шатун 5 и третье ведомое звено 8 - соединены между собой в средних точках одноподвижными шарнирами 16, 17 и 18 соответственно.The links of the spatial articulated guide mechanism are pivotally interconnected. The crank 2 is connected to the rack 1 by a single-movable hinge 9 and to the first connecting rod 3 by a two-movable hinge 10. The first driven link 6 is connected to the rack 1 by a two-movable hinge 11 and to the second connecting rod 4 - by a single-hinge 12. The second driven link 7 is connected to the first connecting rod 3 and with the third connecting rod 5 with one-movable hinges 13 and 14, respectively. The third driven link 8 is connected to the second connecting rod 4 by a single-movable hinge 15. The links in each of the pairs - the first connecting rod 3 and the first driven link 6, the second connecting rod 4 and the second driven link 7, the third connecting rod 5 and the third driven link 8 - are interconnected in midpoints with single-movable hinges 16, 17 and 18, respectively.
Оси одноподвижных шарниров 12-18 перпендикулярны плоскости расположения шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8, а ось одноподвижного шарнира 9 параллельна этой плоскости. Первые оси 19 и 21 двухподвижных шарниров 10 и 11 перпендикулярны плоскости вращения кривошипа 2, вторые оси 20 и 22 этих шарниров перпендикулярны плоскости шатунов и ведомых звеньев. Оси каждого двухподвижного шарнира взаимно перпендикулярны. Точки пересечения осей 19 и 20, 21 и 22 в любом положении механизма лежат на линии пересечения плоскости вращения кривошипа 2 и плоскости шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8.The axes of the single-movable joints 12-18 are perpendicular to the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8, and the axis of the single-movable hinge 9 is parallel to this plane. The first axes 19 and 21 of the two-movable hinges 10 and 11 are perpendicular to the plane of rotation of the crank 2, the second axes 20 and 22 of these hinges are perpendicular to the plane of the connecting rods and driven links. The axes of each two-movable hinge are mutually perpendicular. The intersection points of the axes 19 and 20, 21 and 22 in any position of the mechanism lie on the intersection line of the plane of rotation of the crank 2 and the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8.
Длины всех шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 равны между собой. Длина ведущего звена 2 меньше длины стойки 1, а сумма длин этих звеньев меньше длины каждого шатуна.The lengths of all connecting rods 3, 4, 5 and slave links 6, 7, 8 are equal to each other. The length of the drive link 2 is less than the length of the strut 1, and the sum of the lengths of these links is less than the length of each connecting rod.
Первые оси 19 и 21 двухподвижных шарниров 10, 11 при выбранной их ориентации и принятом соотношении длин звеньев всегда лежат в плоскости шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 и сохраняют перпендикулярность прямым, соединяющим попарно центры шарниров 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15.The first axes 19 and 21 of the two-movable hinges 10, 11 with their chosen orientation and the adopted ratio of the link lengths always lie in the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 and maintain perpendicularity to the straight lines connecting the centers of the hinges 10 and 11 in pairs, 12 and 13, 14 and 15.
Такая ориентация осей шарниров 10, 11 и принятые соотношения между длинами звеньев механизма приводит к тому, что линия пересечения плоскости вращения кривошипа 2 с плоскостью шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 проходит через центры шарниров 10 и 11, оставаясь в любом положении механизма перпендикулярной их осям вращения 19, 20 и 21, 22.This orientation of the axes of the hinges 10, 11 and the accepted relations between the lengths of the links of the mechanism leads to the fact that the line of intersection of the plane of rotation of the crank 2 with the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 passes through the centers of the hinges 10 and 11, remaining in any position of the mechanism perpendicular to their axes of rotation 19, 20 and 21, 22.
Названная линия пересечения плоскостей занимает фиксированное положение относительно элементов внешних шарниров 10 и 11 первой структурной группы заявляемого механизма. При этом исключается возможность вращения звеньев данной группы вокруг названной линии пересечения плоскостей. В теории механизмов такое ограничение на возможные перемещения звеньев группы трактуется как наложение на звенья группы одной общей связи. Как следствие этого, первая структурная группа в заявляемом механизме относится к первому семейству, число ее степеней свободы (W) относительно элементов шарниров 10 и 11 определяется по соответствующей формуле:The named line of intersection of the planes occupies a fixed position relative to the elements of the external hinges 10 and 11 of the first structural group of the claimed mechanism. This excludes the possibility of rotation of the links of this group around the named line of intersection of the planes. In the theory of mechanisms, such a restriction on the possible displacements of group links is interpreted as the imposition of one common bond on group links. As a consequence of this, the first structural group in the claimed mechanism relates to the first family, the number of its degrees of freedom (W) relative to the elements of hinges 10 and 11 is determined by the corresponding formula:
W=5n-4р5-3р4=5·2-4·1-3·2=0,W = 5n-4p 5 -3p 4 = 5 · 2-4 · 1-3 · 2 = 0,
где n - число звеньев группы, p5 - число одноподвижных шарниров, р4 - число двухподвижных шарниров группы [Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука. 1965. - 776 с.].where n is the number of links in the group, p 5 is the number of one-movable hinges, p 4 is the number of two-moveable hinges of the group [Artobolevsky II Theory of mechanisms. - M .: Science. 1965. - 776 p.].
Благодаря указанным свойствам и известному свойству механизма эллипсографа центры шарниров 13 и 15 при любом положении кривошипа 2 всегда лежат на оси 21 двухподвижного шарнира 11, а центры шарниров 12 и 14 - на оси 19 двухподвижного шарнира 10.Due to the indicated properties and the known property of the ellipsograph mechanism, the centers of the hinges 13 and 15 at any position of the crank 2 always lie on the axis 21 of the two-movable hinge 11, and the centers of the hinges 12 and 14 on the axis 19 of the two-movable hinge 10.
Пространственный шарнирный направляющий механизм работает следующим образом.Spatial articulating guide mechanism operates as follows.
Механизм в системе координат xyz располагается так, что начало этой системы координат совпадает с центром двухподвижного шарнира 11, ось х направлена по оси 21 этого шарнира, ось y совпадает со стойкой 1.The mechanism in the xyz coordinate system is located so that the origin of this coordinate system coincides with the center of the two-movable hinge 11, the x axis is directed along the axis 21 of this hinge, the y axis coincides with the rack 1.
В начале цикла кривошип 2 совмещается с осью у, а центр его двухподвижного шарнира 10 находится в точке А. В этом положении кривошипа 2 плоскость шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 совпадает с плоскостью хy, центры шарниров 13 и 15 лежат на оси х, а шарниров 12 и 14 - на прямой АВ, параллельной оси х. При этом шарниры 13 и 15 находятся на минимальных расстояниях от центра двухподвижного шарнира 11, а шарниры 12 и 14 - на минимальных расстояниях от центра двухподвижного шарнира 10.At the beginning of the cycle, the crank 2 is aligned with the y axis, and the center of its two-movable hinge 10 is at point A. In this position of the crank 2, the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 coincides with the xy plane, the centers of the hinges 13 and 15 lie on the x axis, and the hinges 12 and 14 on the straight line AB parallel to the x axis. Moreover, the hinges 13 and 15 are at minimum distances from the center of the two-movable hinge 11, and the hinges 12 and 14 are at minimum distances from the center of the two-movable hinge 10.
При повороте кривошипа 2 вокруг оси шарнира 9 против хода часовой стрелки центр двухподвижного шарнира 10 перемещается по окружности, лежащей в плоскости yz. В первой половине цикла расстояние между центрами двухподвижных шарниров 10 и 11 уменьшается. С поворотом кривошипа 2 плоскость шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 поворачивается вокруг оси 21 двухподвижного шарнира 11 (вокруг оси х) против хода часовой стрелки. Одновременно шатуны 3, 4, 5 и ведомые звенья 6, 7, 8 совершают плоскопараллельное движение в своей плоскости. При этом шарниры 13 и 15 перемешаются по оси х, удаляясь от центра шарнира 11, а шарниры 12 и 14 - по оси 19 двухподвижного шарнира 10, удаляясь от центра этого шарнира. В момент, когда кривошип 2 займет положение, перпендикулярное прямой, соединяющей центры шарниров 10 и 11, плоскость шатунов и ведомых звеньев повернется вокруг оси х на максимальный угол. Дальнейший поворот вокруг оси х этой плоскости происходит по ходу часовой стрелки. В конце первой половины цикла плоскость шатунов и ведомых звеньев совместится с плоскостью хy, шарниры 13 и 15 удалятся на максимальные расстояния от центра двухподвижного шарнира 11, а шарниры 12 и 14 - на максимальные расстояния от центра двухподвижного шарнира 10.When the crank 2 is rotated around the axis of the hinge 9 counterclockwise, the center of the two-movable hinge 10 moves along a circle lying in the yz plane. In the first half of the cycle, the distance between the centers of the two-movable hinges 10 and 11 decreases. With the rotation of the crank 2, the plane of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 rotates around the axis 21 of the two-movable hinge 11 (around the x axis) counterclockwise. At the same time, connecting rods 3, 4, 5 and driven links 6, 7, 8 perform plane-parallel motion in their plane. In this case, the hinges 13 and 15 are mixed along the x axis, moving away from the center of the hinge 11, and the hinges 12 and 14 - along the axis 19 of the two-movable hinge 10, moving away from the center of this hinge. At the moment when the crank 2 occupies a position perpendicular to the straight line connecting the centers of the hinges 10 and 11, the plane of the connecting rods and driven links will rotate around the x axis by the maximum angle. Further rotation around the x-axis of this plane occurs clockwise. At the end of the first half of the cycle, the plane of the connecting rods and driven links will be aligned with the xy plane, the hinges 13 and 15 will be removed to the maximum distances from the center of the two-movable hinge 11, and the hinges 12 and 14 to the maximum distances from the center of the two-movable hinge 10.
Во второй половине цикла расстояние между центрами двухподвижных шарниров 10 и 11 увеличивается, плоскость шатунов и ведомых звеньев продолжает поворот вокруг оси х по ходу часовой стрелки, а шатуны 3, 4, 5 и ведомые звенья 6, 7, 8 совершают движения, противоположные по направлению соответствующим движениям первой половины цикла. В момент, когда кривошип 2 займет положение, перпендикулярное прямой, соединяющей во второй половине цикла центры шарниров 10 и 11, плоскость шатунов и ведомых звеньев повернется вокруг оси х на максимальный угол. Далее эта плоскость поворачивается против хода часовой стрелки. В конце цикла восстанавливается начальное положение всех звеньев механизма.In the second half of the cycle, the distance between the centers of the two-movable hinges 10 and 11 increases, the plane of the connecting rods and driven links continues to rotate around the x axis clockwise, and the connecting rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 make opposite movements corresponding movements of the first half of the cycle. At the moment when the crank 2 occupies a position perpendicular to the straight line connecting the centers of the hinges 10 and 11 in the second half of the cycle, the plane of the connecting rods and driven links will rotate around the x axis by the maximum angle. Further, this plane rotates counterclockwise. At the end of the cycle, the initial position of all links of the mechanism is restored.
За один цикл работы пространственного шарнирного направляющего механизма центр каждого из шарниров 12 и 14 описывает замкнутую пространственную кривую на поверхности виртуального кругового цилиндра. Ось этого цилиндра совпадает с осью шарнира 9, а радиус основания равен длине кривошипа 2. Проекции обеих описываемых кривых на плоскость yz совпадают с траекторией центра шарнира 10, а проекции этих кривых на ось виртуального цилиндра соответственно равны смещениям шарниров 13 и 15 вдоль оси х. Каждая промежуточная точка шатунов 3, 4, 5 и ведомых звеньев 6, 7, 8 описывает подобную замкнутую пространственную кривую на поверхности соответствующего виртуального цилиндра, ось которого расположена в плоскости хy параллельно оси х.For one cycle of operation of the spatial articulated guide mechanism, the center of each of the hinges 12 and 14 describes a closed spatial curve on the surface of a virtual circular cylinder. The axis of this cylinder coincides with the axis of the hinge 9, and the radius of the base is equal to the length of the crank 2. The projections of both described curves on the yz plane coincide with the path of the center of the hinge 10, and the projections of these curves on the axis of the virtual cylinder are equal to the displacements of the hinges 13 and 15 along the x axis. Each intermediate point of the rods 3, 4, 5 and the driven links 6, 7, 8 describes a similar closed spatial curve on the surface of the corresponding virtual cylinder, the axis of which is located in the xy plane parallel to the x axis.
Использование изобретения уменьшает в 1,5 раза по сравнению с прототипом износ контактирующих поверхностей шарнира соединения кривошипа с первым шатуном, увеличивая технический ресурс пространственного шарнирного направляющего механизма, расширяет функциональные возможности воспроизведения нескольких видов сложных пространственных кривых.The use of the invention reduces by 1.5 times compared with the prototype, the wear of the contact surfaces of the hinge connecting the crank with the first connecting rod, increasing the technical resource of the spatial articulated guide mechanism, expanding the functionality of reproducing several types of complex spatial curves.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145813/11A RU2404385C2 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Spatial hinged guide mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145813/11A RU2404385C2 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Spatial hinged guide mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008145813A RU2008145813A (en) | 2010-05-27 |
| RU2404385C2 true RU2404385C2 (en) | 2010-11-20 |
Family
ID=42679981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008145813/11A RU2404385C2 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Spatial hinged guide mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2404385C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538527C2 (en) * | 2012-08-16 | 2015-01-10 | Денис Юрьевич Кузнецов | Hinge for hanging movable frame |
-
2008
- 2008-11-19 RU RU2008145813/11A patent/RU2404385C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Фролов К.В. Теория механизмов и механика машин. - М.: Высшая школа 1998. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538527C2 (en) * | 2012-08-16 | 2015-01-10 | Денис Юрьевич Кузнецов | Hinge for hanging movable frame |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008145813A (en) | 2010-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1326671C (en) | Linkage branch mechanism of parallel robot and six freedom parallel robot mechanism | |
| CN107336219B (en) | Parallel mechanism with two-movement three-rotation five-degree-of-freedom | |
| CN107139167B (en) | Motion bifurcation parallel mechanism | |
| CN101844350B (en) | Three freedom degree parallel robot mechanism | |
| CN109877813B (en) | Large-rotation-angle 2T2R four-degree-of-freedom parallel mechanism | |
| CN110815185B (en) | Six-degree-of-freedom high-speed parallel mechanism containing composite branched chain | |
| CN105234933B (en) | Dual-translation dual-rotation parallel-connection robot device | |
| CN100553898C (en) | A kind of two freedom space parallel mechanism | |
| CN106346444A (en) | Four degrees of freedom parallelly connected robot mechanism with three-dimensional horizontal movement and one-dimensional rotation | |
| CN104552247A (en) | Hybrid robot mechanism with three degrees of freedom | |
| RU2404385C2 (en) | Spatial hinged guide mechanism | |
| CN110434839B (en) | Four-degree-of-freedom generalized spherical parallel mechanism with closed loop of introns | |
| CN106128512B (en) | Spherical three-freedom-degree rotation flexible mechanism | |
| RU2446331C1 (en) | 3d articulated four-link chain | |
| RU2568160C2 (en) | Bogdanov's slider-crank mechanism with link moving linear-progressively | |
| CN106826775B (en) | Isotropic space two-degree-of-freedom rotating parallel robot | |
| CN2637134Y (en) | Parallel linked robot connecting branch structure and hexafreedon parallel linked robot structure | |
| WO2015016692A1 (en) | Platform robot manipulator | |
| CN114603538B (en) | Complete decoupling spherical 3R rotation parallel mechanism | |
| CN109015602B (en) | Three-translation 2CPR-URU parallel mechanism | |
| CN106826767B (en) | Six-degree-of-freedom parallel mechanism based on grabbing parallel structure | |
| CN113246099B (en) | Three-degree-of-freedom parallel mechanism with continuous rotating shaft | |
| RU2331805C1 (en) | Multiple articulate parallelogram | |
| CN113681547A (en) | Two-rotation one-movement parallel mechanism | |
| CN106826776B (en) | Isotropic space two-degree-of-freedom rotating parallel mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101120 |
|
| RZ4A | Other changes in the information about an invention | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121120 |