RU2578809C2 - Three degrees of freedom kinematic pair - Google Patents

Three degrees of freedom kinematic pair Download PDF

Info

Publication number
RU2578809C2
RU2578809C2 RU2013130400/11A RU2013130400A RU2578809C2 RU 2578809 C2 RU2578809 C2 RU 2578809C2 RU 2013130400/11 A RU2013130400/11 A RU 2013130400/11A RU 2013130400 A RU2013130400 A RU 2013130400A RU 2578809 C2 RU2578809 C2 RU 2578809C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
link
links
kinematic pair
radius
pair
Prior art date
Application number
RU2013130400/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130400A (en
Inventor
Леонид Трофимович Дворников
Алексей Сергеевич Фомин
Original Assignee
Леонид Трофимович Дворников
Алексей Сергеевич Фомин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонид Трофимович Дворников, Алексей Сергеевич Фомин filed Critical Леонид Трофимович Дворников
Priority to RU2013130400/11A priority Critical patent/RU2578809C2/en
Publication of RU2013130400A publication Critical patent/RU2013130400A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578809C2 publication Critical patent/RU2578809C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly to swivels. Three-movable kinematic pair consists of direct chute with cylindrical bottom and located in it of second link in form of circular barrel with ball segments rigidly installed on ends. In direction of axis X circular barrel can move, and about axes Y and Z - rotationally.
EFFECT: higher reliability is achieved.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для соединения звеньев кинематических цепей, в том числе механизмов.The invention relates to mechanical engineering and can be used to connect the links of the kinematic chains, including mechanisms.

Известно, что любая механическая система (механизм, машина) состоит из звеньев и соединений звеньев. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой [1, с.20, 5-й абзац сверху]. Часть звена, которой оно взаимодействует с другим звеном, называется геометрическим элементом звена.It is known that any mechanical system (mechanism, machine) consists of links and links of links. The connection of two contacting links, allowing their relative movement, is called a kinematic pair [1, p.20, 5th paragraph above]. The part of the link with which it interacts with another link is called the geometric element of the link.

Известна двухподвижная кинематическая пара [1, стр.60, рис.99], включающая два звена, каждое из которых выполнено в виде тора. Такая пара имеет комплекс относительных движений ВВ, определяющий два относительных вращательных движения вокруг двух из осей пространственной системы координат. Недостатком этой пары является невозможность воспроизведения дополнительного (третьего) поступательного движения вдоль третьей оси координат.Known two-moving kinematic pair [1, p. 60, Fig. 99], including two links, each of which is made in the form of a torus. Such a pair has a set of relative explosive motions that defines two relative rotational motions around two of the axes of the spatial coordinate system. The disadvantage of this pair is the impossibility of reproducing an additional (third) translational motion along the third coordinate axis.

Наиболее близкой к заявляемой кинематической паре является трехподвижная пара, обеспечивающая комплекс движений ПВВ [1, стр.59, рис.97], принимаемая за прототип. Пара образуется двумя звеньями, одно из которых оканчивается шаровой поверхностью, на которой имеется палец, входящий в прямолинейную прорезь, имеющуюся на втором звене - полом цилиндре. В этой кинематической паре обеспечиваются относительные вращательные движения звеньев вокруг двух из осей пространственной системы координат и поступательное движение вдоль третьей оси.Closest to the claimed kinematic pair is a three-moving pair, providing a set of movements of the UIP [1, p. 59, Fig. 97], taken as a prototype. The pair is formed by two links, one of which ends with a spherical surface on which there is a finger that enters into the rectilinear slot available on the second link - the hollow cylinder. In this kinematic pair, the relative rotational movements of the links around two of the axes of the spatial coordinate system and the translational motion along the third axis are provided.

Недостатком прототипа является сложность его изготовления ввиду того, что геометрические размеры прорези и пальца должны строго соответствовать друг другу. При несоответствии их размеров в паре появится лишняя подвижность, и пара станет четырехподвижной с комплексом движений ВПВВ. Недостатком прототипа также является низкая надежность области рабочей поверхности около прорези, что значительно ограничивает применение такой пары при создании конструкций механизмов.The disadvantage of the prototype is the complexity of its manufacture due to the fact that the geometric dimensions of the slot and the finger must strictly correspond to each other. If their sizes do not match, excess mobility will appear in the pair, and the pair will become four-movable with the complex of movements of airborne explosives. The disadvantage of the prototype is also the low reliability of the area of the working surface near the slot, which significantly limits the use of such a pair when creating structures of mechanisms.

Задачей изобретения является создание кинематической пары, обеспечивающей требуемый комплекс движений ПВВ без применения в ней звеньев, имеющих прорезь и палец.The objective of the invention is to create a kinematic pair that provides the required set of movements of the UIP without the use of links having a slot and a finger.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что предлагается трехподвижная кинематическая пара, включающая два звена с геометрическими элементами в виде охватываемой и охватывающей поверхностей и обеспечивающая три относительных движения между звеньями, при этом охватываемая поверхность первого звена выполнена в виде круговой бочки с шаровыми сегментами, жестко установленными на ее торцах, а охватывающая поверхность второго звена выполнена в виде прямого желоба с цилиндрическим дном, при этом радиус кривизны образующей боковой поверхности круговой бочки выполнен больше радиуса ее среднего сечения.The essence of the claimed device lies in the fact that it is proposed a three-moving kinematic pair, including two links with geometric elements in the form of male and female surfaces and providing three relative movements between the links, while the male surface of the first link is made in the form of a circular barrel with spherical segments, rigidly installed at its ends, and the female surface of the second link is made in the form of a direct trough with a cylindrical bottom, while the radius of curvature of the forming side oh circumferential surface of the barrel is made larger than the radius of its middle section.

На фиг.1 показана трехподвижная кинематическая пара между звеньями 1 и 2. На фиг.2 показано звено 1 кинематической пары. На фиг.3 показана геометрия звена 1 в увеличенном масштабе. На фиг.4 показано звено 2 кинематической пары. Геометрические элементы звеньев пары выполняются в виде охватываемой (звено 1) и охватывающей (звено 2) поверхностей, взаимодействующих между собой (фиг.1).Figure 1 shows a three-moving kinematic pair between links 1 and 2. Figure 2 shows the link 1 of the kinematic pair. Figure 3 shows the geometry of link 1 on an enlarged scale. Figure 4 shows the link 2 of the kinematic pair. The geometric elements of the links of the pair are made in the form of covered (link 1) and covering (link 2) surfaces interacting with each other (figure 1).

Охватываемая поверхность звена 1 (фиг.2) выполняется особым образом. Шар радиусом R1 произвольно делится на три части (I, II, III) параллельными секущими плоскостями (фиг.3). Высоты I и III частей произвольно принимаются равными h/4, высота II части - h/2, где h - полная высота звена 1, равная 2R1, т.е. h=2R1=D1, где D1 - диаметр шара. Части I и III звена 1 представляют собой шаровые сегменты [2, стр.189, рис.2.59] с равными диаметрами оснований d1; часть II представляет собой круговую бочку [2, стр.189, рис.2.63] с диаметрами торцов (под торцом понимается поперечная по отношению к длине или оси плоская поверхность деталей призматической, цилиндрической или др. форм [3, стр.953]), также равными d1. Т.е. диаметры оснований шаровых сегментов равны диаметрам торцов круговой бочки.The covered surface of the link 1 (figure 2) is performed in a special way. A ball of radius R 1 is arbitrarily divided into three parts (I, II, III) by parallel secant planes (Fig. 3). The heights of parts I and III are arbitrarily taken equal to h / 4, the height of part II is h / 2, where h is the total height of link 1 equal to 2R 1 , i.e. h = 2R 1 = D 1 , where D 1 is the diameter of the ball. Parts I and III of link 1 are spherical segments [2, p. 189, Fig. 2.59] with equal base diameters d 1 ; part II is a circular barrel [2, p. 189, fig. 2.63] with the diameters of the ends (by the end we mean the flat surface of the prismatic, cylindrical or other shapes transverse with respect to the length or axis [3, p. 953]), also equal to d 1 . Those. the diameters of the bases of the spherical segments are equal to the diameters of the ends of the circular barrels.

Диаметр среднего сечения d2 круговой бочки выполняется больше диаметра d1 основания шарового сегмента, но меньше диаметра D1 шара, т.е. D1>d2>d1. Диаметр d2=2r2, где r2 - радиус среднего сечения круговой бочки. Радиус кривизны Rб образующей боковой поверхности круговой бочки подбирается следующим образом. Через крайние точки оснований шаровых сегментов проводится вертикаль a1a2 (b1b2). На ее пересечении с горизонтальной осевой линией шара фиксируется точка а3 (b3); далее фиксируется точка а4 (b4) - точка пересечения горизонтальной осевой линии шара и поверхности шара. Далее между точками a3 и a4 (b3 и b4) произвольно выбирается точка a5 (b5), через которую проводятся отрезки a1a5 и a2a5 (b1b5 и b2b5). Через середины отрезков a1a5 и a2a5 (b1b5 и b2b5) проводятся их перпендикуляры, которые пересекаются между собой в точке m(n). Далее из точки m(n) радиусом Rб, равным длине отрезка ma5 (nb5), проводится образующая боковой поверхности круговой бочки от точки a1 до a2 (от b1 до b2), при этом длины отрезков ma1, ma5, ma2 (nb1, nb5, nb2) равны между собой и равны Rб, т.е. ma1(nb1)=ma2(nb2)=ma2(nb2)=Rб (фиг.3).The diameter of the middle section d 2 of the circular barrel is greater than the diameter d 1 of the base of the spherical segment, but less than the diameter D 1 of the ball, i.e. D 1 > d 2 > d 1 . Diameter d 2 = 2r 2 , where r 2 is the radius of the middle section of a circular barrel. The radius of curvature R b forming the lateral surface of a circular barrel is selected as follows. A vertical a 1 a 2 (b 1 b 2 ) is drawn through the extreme points of the bases of the spherical segments. At its intersection with the horizontal axial line of the ball, the point a 3 (b 3 ) is fixed; then point a 4 (b 4 ) is fixed — the point of intersection of the horizontal center line of the ball and the surface of the ball. Next, between points a 3 and a 4 (b 3 and b 4 ), the point a 5 (b 5 ) is arbitrarily selected, through which the segments a 1 a 5 and a 2 a 5 (b 1 b 5 and b 2 b 5 ) are drawn. Through the midpoints of segments a 1 a 5 and a 2 a 5 (b 1 b 5 and b 2 b 5 ), their perpendiculars are drawn, which intersect at a point m (n). Next, from the point m (n) of radius R b equal to the length of the segment ma 5 (nb 5 ), a generatrix of the lateral surface of the circular barrel is drawn from the point a 1 to a 2 (b 1 to b 2 ), while the lengths of the segments ma 1 , ma 5 , ma 2 (nb 1 , nb 5 , nb 2 ) are equal to each other and equal to R b , i.e. ma 1 (nb 1 ) = ma 2 (nb 2 ) = ma 2 (nb 2 ) = R b (Fig. 3).

Охватывающая поверхность звена 2 выполняется в виде прямого желоба [4, стр.29, рис.5] с цилиндрическим дном. Желоб выполняется высотой H, шириной T, протяженностью L и радиусом цилиндрического дна R2 (фиг.4). Радиусы R1 и R2, диаметр d2 и ширина T, высоты h и H звеньев 1 и 2 принимаются равными, то есть R1=R2, d2=T, h=H, при этом диаметры d2 и D1 принимаются меньше протяженности L, то есть d2<L, D1<L.The covering surface of the link 2 is made in the form of a direct trough [4, p. 29, Fig. 5] with a cylindrical bottom. The gutter is made of height H, width T, length L and the radius of the cylindrical bottom R 2 (figure 4). The radii R 1 and R 2 , the diameter d 2 and the width T, the heights h and H of the links 1 and 2 are taken equal, that is, R 1 = R 2 , d 2 = T, h = H, while the diameters d 2 and D 1 less length L is taken, that is, d 2 <L, D 1 <L.

В паре звеньев 1 и 2 обеспечивается контакт в двух точках (поверхность звена 1 в области диаметра среднего сечения d2 круговой бочки со звеном 2) и контакт по линии (поверхность шаровой части звена 1 с цилиндрическим дном звена 2).A pair of links 1 and 2 provides contact at two points (the surface of link 1 in the middle diameter section d 2 of the circular barrel with link 2) and line contact (the surface of the spherical part of link 1 with the cylindrical bottom of link 2).

Относительное движение звеньев может быть рассмотрено в декартовой системе координат xyz. В направлении оси x звено 1 относительно звена 2 может двигаться только поступательно (движение П). Вокруг осей y и z звену 1 обеспечиваются лишь вращательные движения В. Относительные движения звеньев вдоль осей y и z оказываются невозможными в связи с замкнутостью контактов.The relative motion of the links can be considered in the Cartesian coordinate system xyz. In the direction of the x axis, link 1 relative to link 2 can only move forward (movement P). Around the y and z axes, link 1 is provided with only rotational movements of B. The relative movements of the links along the y and z axes are impossible due to the closed contacts.

Относительный поворот звеньев 1 и 2 вокруг оси x, проходящей через центр C, невозможен. Центр кривизны дуги a1a2 (b1b2) удален на расстоянии ma5(nb5), равном радиусу Rб, который больше радиуса среднего сечения бочки - r2, т.е. Rб>r2. Звено 1 может повернуться вокруг оси x только при условии, когда Rб=r2. Расстояние l от центра C до любой точки (кроме точки a5 (b5), лежащей в области диаметра d2 среднего сечения) образующей боковой поверхности круговой бочки будет больше радиуса r2 ее среднего сечения (r2<l), поэтому поворот вокруг оси x оказывается невозможным. Условие r2=l соблюдается только в точке a5 (b5).The relative rotation of links 1 and 2 around the x axis passing through the center C is not possible. The center of curvature of the arc a 1 a 2 (b 1 b 2 ) is removed at a distance ma 5 (nb 5 ) equal to the radius R b , which is greater than the radius of the middle section of the barrel, r 2 , i.e. R b > r 2 . Link 1 can rotate around the x axis only if R b = r 2 . The distance l from the center C to any point (except for the point a 5 (b 5 ) lying in the region of the diameter d 2 of the middle section) forming the lateral surface of the circular barrel will be greater than the radius r 2 of its middle section (r 2 <l), so turn around x axis is not possible. The condition r 2 = l is met only at the point a 5 (b 5 ).

Работа трехподвижной кинематической пары заключается в следующем. Задавая в пространстве xyz движение звену 1, удерживаемому звеном 2, относительно оси x будет обеспечено только поступательное движение, а относительно осей y и z - только вращательные. Запрещенными движениями в предлагаемой кинематической паре оказываются вращательное движение вокруг оси x и поступательные движения вдоль осей y и z. Таким образом, трехподвижная кинематическая пара обеспечивает комплекс трех относительных движений ПВВ.The work of a three-moving kinematic pair is as follows. By setting motion in link xyz in space xyz held by link 2, only translational motion with respect to the x axis will be ensured, and only rotational motion with respect to the y and z axes. Forbidden motions in the proposed kinematic pair are rotational motion around the x axis and translational motion along the y and z axes. Thus, a three-moving kinematic pair provides a complex of three relative movements of the explosive force.

Использованные источникиUsed sources

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов. Изд-во «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1965, 776 с.1. Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms. Publishing House "Science", Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1965, 776 p.

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., исправленное. М.: Наука. Главная редакция физико-математичекой литературы, 1986, 544 с.2. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. A reference book in mathematics for engineers and students of technical colleges. 13th ed., Revised. M .: Science. The main edition of the physics and mathematics literature, 1986, 544 p.

3. Краткий политехнический словарь. М.: Государственное изд-во технико-теоретической литературы, 1956, 1136 с.3. Brief Polytechnical Dictionary. M .: State Publishing House of technical and theoretical literature, 1956, 1136 p.

4. Дворников Л.Т., Живаго Э.Я. Основы теории кинематических пар: Учебное пособие. Новокузнецк: СибГИУ, 2005. - 116 с.4. Dvornikov L.T., Zhivago E.Ya. Fundamentals of the theory of kinematic pairs: Textbook. Novokuznetsk: SibGIU, 2005 .-- 116 p.

Claims (1)

Трехподвижная кинематическая пара, включающая два звена с геометрическими элементами в виде охватываемой и охватывающей поверхностей и обеспечивающая три относительных движения между звеньями, отличающаяся тем, что охватываемая поверхность первого звена выполнена в виде круговой бочки с шаровыми сегментами, жестко установленными на ее торцах, а охватывающая поверхность второго звена выполнена в виде прямого желоба с цилиндрическим дном, при этом радиус кривизны образующей боковой поверхности круговой бочки выполнен больше радиуса ее среднего сечения. Three-moving kinematic pair, including two links with geometric elements in the form of a male and female surfaces and providing three relative movements between the links, characterized in that the male surface of the first link is made in the form of a circular barrel with spherical segments rigidly mounted on its ends, and the female surface the second link is made in the form of a direct trough with a cylindrical bottom, while the radius of curvature of the generatrix of the lateral surface of the circular barrel is made larger than the radius ie the middle section.
RU2013130400/11A 2013-07-02 2013-07-02 Three degrees of freedom kinematic pair RU2578809C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130400/11A RU2578809C2 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Three degrees of freedom kinematic pair

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130400/11A RU2578809C2 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Three degrees of freedom kinematic pair

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013130400A RU2013130400A (en) 2015-01-10
RU2578809C2 true RU2578809C2 (en) 2016-03-27

Family

ID=53278984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130400/11A RU2578809C2 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Three degrees of freedom kinematic pair

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578809C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676840C1 (en) * 2018-01-22 2019-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Single-contact four-mobile kinematic pair
RU2681467C1 (en) * 2018-04-05 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Unijunction two-degree-of-freedom kinematic pair
RU2755441C1 (en) * 2021-03-16 2021-09-16 Владимир Иванович Пожбелко Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2107798C1 (en) * 1991-03-27 1998-03-27 Ярмо Шехольм System with travelling member
EP1008778A2 (en) * 1998-12-08 2000-06-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Constant velocity universal joint and method for assembling the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2107798C1 (en) * 1991-03-27 1998-03-27 Ярмо Шехольм System with travelling member
EP1008778A2 (en) * 1998-12-08 2000-06-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Constant velocity universal joint and method for assembling the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Дворников Л.Т., Живаго Э.Я., Основы теории кинематических пар, Новокузнецк, 2005, стр. 25, строки 30-31, стр. 29, рис.5. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676840C1 (en) * 2018-01-22 2019-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Single-contact four-mobile kinematic pair
RU2681467C1 (en) * 2018-04-05 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Unijunction two-degree-of-freedom kinematic pair
RU2755441C1 (en) * 2021-03-16 2021-09-16 Владимир Иванович Пожбелко Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130400A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2578809C2 (en) Three degrees of freedom kinematic pair
CN101791804B (en) Symmetrical double-rotation one-motion three-freedom-degree parallel mechanism
CN105992900A (en) System and method for calculating the orientation of a device
CN102626920B (en) Non-concurrent axis symmetric three-dimensional-rotation parallel mechanism with two-degree of freedom planar subchains
CN104325457A (en) Novel symmetric three-rotation parallel mechanism
CN103522279A (en) Full symmetric space three-rotational-freedom parallel mechanism
CN102626921A (en) Non-concurrent axis symmetric two-rotation one-movement parallel mechanism with two-degree of freedom planar subchains
CN103909526B (en) The two degrees of freedom parallel manipulator wrist that a kind of motor pattern is variable
CN102962840B (en) Parallel mechanism with symmetric structure and without associated movement
KR20000033892A (en) Oval compass
CN105252525A (en) Two-degree-of-freedom spherical parallel mechanism
CN204437609U (en) Joint arm measuring engine base
CN105619447A (en) Two-degree-of-freedom in-parallel spraying robot joint
RU2502898C1 (en) Supporting three-degree-of-freedom kinematic pair
RU2564788C2 (en) Two-degrees-of-freedom kinematic pair
RU2676840C1 (en) Single-contact four-mobile kinematic pair
García et al. Improving the static stability of a mobile manipulator using its end effector in contact with the ground
RU2520624C2 (en) Three-degree-of-freedom kinematic pair
Göllner et al. Mathematical derivation of the geometry of a Mecanumwheel for a size exact roll off on a spherical surface
KR101725389B1 (en) Foldable Triangle
RU111896U1 (en) SPHERICAL MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM
CN102848380B (en) Symmetric three-freedom-degree rotary parallel mechanism without intersecting axes
RU2534675C1 (en) Spatial mechanism having three degrees of freedom
CN104653970A (en) Measuring engine base for articulated arm
CN103411124A (en) Modules for constructing scaling mechanisms and constructing modes

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20150224

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20160125