RU2582629C1 - Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой - Google Patents
Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2582629C1 RU2582629C1 RU2014154166/11A RU2014154166A RU2582629C1 RU 2582629 C1 RU2582629 C1 RU 2582629C1 RU 2014154166/11 A RU2014154166/11 A RU 2014154166/11A RU 2014154166 A RU2014154166 A RU 2014154166A RU 2582629 C1 RU2582629 C1 RU 2582629C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- elastic elements
- power characteristic
- flexible joint
- guides
- Prior art date
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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
-
- 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
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F3/00—Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, экзоскелетонов и медицинской техники. Оно может быть использовано в системах защиты от крутильных колебаний в различных механизмах. Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой включает в себя наружный корпус с направляющими (5) заданной формы и подвижный относительно него вал, связанный с корпусом посредством упругих элементов (4), которые контактируют с направляющими (5), причем форма направляющих такова, что реакции, возникающие при контакте упругих элементов (4) с направляющими (5), создают заданный восстанавливающий момент. Технический результат: создание упругого шарнира, создающего заданный восстанавливающий момент сил. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, экзоскелетонов и медицинской техники.
Известны пружины кручения (ГОСТ 18751-80. Пружины кручения к упорам. Конструкция и размеры), которые предназначены для создания упругого восстанавливающего момента, линейно возрастающего с увеличением угла закручивания пружины.
Недостатком этих пружин является невозможность получения заданной силовой характеристики.
Прототипом является упругая система, позволяющая получать заданную силовую характеристику с постоянной «линейной» восстанавливающей силой (Зотов А.Н. Systems with quasi-zero-stiffness characteristic / А.Н. Зотов // Proceedings. IPACS Open Access Electronic Library, OPEN LIBRARY, 6th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference, ENOC 2008). Упругая система, имеющая заданную силовую характеристику с постоянной восстанавливающей силой, включает в себя упругий элемент, который может двигаться между двумя направляющими расчетной формы. Изменяя форму направляющих, можно получить различные силовые характеристики, в том числе и силовую характеристику с постоянной восстанавливающей силой (квазинулевой жесткостью). Недостатком данной системы являются ее относительно большая металлоемкость, а также то, что она работоспособна только в прямолинейном направлении, работа во вращательном режиме невозможна.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание упругого шарнира, создающего заданный восстанавливающий момент сил
Поставленная задача решается тем, что упругий шарнир с заданной характеристикой восстанавливающего усилия содержит корпус с направляющей поверхностью и упругими элементами, при этом корпус выполнен с внутренней полостью заданной расчетной формы, на поверхности которой выполнены центрально симметричные направляющие кулачковые поверхности, и снабжен валом, расположенным внутри полости корпуса с возможностью поворота вокруг центральной оси полости корпуса, и, по меньшей мере, с двумя радиально расположенными упругими элементами, симметрично установленными относительно оси вращения вала и расположенными с возможностью взаимодействия с кулачковой поверхностью корпуса.
Упругий элемент представляет собой кинематически связанные стержни 1 и 2, соединенные через упругую связь, например, в виде пружины. В центре одного шарнира расположен подшипник 3, внутреннее кольцо которого связано с подвижным валом. Наружное кольцо подшипника связано с центрально-симметрично расположенными упругими элементами 4, которые контактируют с центрально-симметричными направляющими кулачковыми поверхностями 5, с которыми взаимодействуют через ролики 6 стержни 2. Направляющие кулачковые поверхности 5 жестко связаны со стержнем 1. Реакции N, возникающие при контакте упругих элементов 4 с направляющими 5, не проходят через центр шарнира и создают восстанавливающий момент MΣ(φ)=2·N·h (от двух реакций; система симметрична, трение не учитывается). При повороте одной части шарнира по отношению к другой на угол φ (от вертикали, фиг. 1) момент сопротивления системы для одной пружины определяется по следующей формуле
где
- потенциальная энергия одной пружины; Δl=(a+L0+b-ρ) - изменение длины пружины при повороте для данной схемы упругого шарнира; a, b - постоянные величины (фигура 1); L0 - длина ненапряженной пружины; ρ - расстояния от центра роликов 6 до центра шарнира.
Формулу (1) можно переписать:
Теперь, задавая функцию M(φ) и решая дифференциальное уравнение (2), можно получить зависимость ρ(φ). Покажем пример расчета формы направляющих заданной формы 5 для следующих исходных данных: a=0,03 м; L0=0,05 м; b=0,04 м; ρ0=0,1 м (при φ=0); M(φ)=-200·th[10(φ+0,0345)]+200/3.
Решив дифференциальное уравнение (2), получим зависимость ρ(φ):
где B=2((200/3)φ-20ln[ch[10(φ+0,0345)]]-C0)/с.
Решая уравнение (3), получим:
Начальным условиям соответствует знак минус, следовательно, уравнение (4) принимает вид:
На фигуре 2 представлены зависимости ρ(φ) при различных значениях коэффициента жесткости c, полученные по формуле (5) (угол φ изменяется от 0 до 90 градусов).
Для получения формы поверхности, с которой контактируют ролики 6 (фигура 1), необходимо построить эквидистантную кривую ρ*(φ) по отношению к полученной (ρ(φ), фигура 3). Как видно из фигуры,
где ρ(φ) - зависимость, полученная по формуле (5); α=β-φ+π/2 - угол между ρ и нормалью в данной точке; r - радиус ролика 6 (фигура 1); β - угол наклона касательной (для кривой ρ(φ)) к оси x (tgβ=y'(x), фигура 3).
Для определения угла β выразим уравнение (6) в декартовых координатах, пользуясь уравнениями перевода [Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский. - М.: ACT: Астрель, 2006. - С. 991]:
С учетом выражений (7) уравнение (5) запишется в следующей форме (с учетом В (3), коэффициент жесткости пружины принят: c=100000 Н/м):
Данное уравнение решалось численно: при задании x (для заданного значения угла φ, по формуле (7)) определялась координата y (таблица 1).
На фигуре 4 показаны две кривые: кривая 1, построенная по формуле (5), и эквидистантная кривая 2, построенная по данным таблицы 1, полученной по уравнению (8).
Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой может быть использован в экзоскелетах, системах защиты от ударов и вибрации, в различных специальных приводах и т.д.
Claims (1)
- Упругий шарнир с заданной характеристикой восстанавливающего усилия, содержащий корпус с направляющей поверхностью и упругими элементами, отличающийся тем, что корпус выполнен с внутренней полостью заданной расчетной формы, на поверхности которой выполнены центрально-симметричные направляющие кулачковые поверхности, и снабжен валом, расположенным внутри полости корпуса с возможностью поворота вокруг центральной оси полости корпуса, и, по меньшей мере, с двумя радиально расположенными упругими элементами, симметрично установленными относительно оси вращения вала и расположенными с возможностью взаимодействия с кулачковой поверхностью корпуса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154166/11A RU2582629C1 (ru) | 2014-12-30 | 2014-12-30 | Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014154166/11A RU2582629C1 (ru) | 2014-12-30 | 2014-12-30 | Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2582629C1 true RU2582629C1 (ru) | 2016-04-27 |
Family
ID=55794553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014154166/11A RU2582629C1 (ru) | 2014-12-30 | 2014-12-30 | Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2582629C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU255707A1 (ru) * | Г. Д. Есин, В. Н. Жуланов , А. М. Меньшенин Чел бинский политехнический институт | Упругий шарнир | ||
SU1280220A1 (ru) * | 1985-05-15 | 1986-12-30 | Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта | Упругое шарнирное соединение |
US4966043A (en) * | 1987-04-13 | 1990-10-30 | Heinz Frey | Crank drive |
UA47622C2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-10-15 | Hinge joint hinge joint |
-
2014
- 2014-12-30 RU RU2014154166/11A patent/RU2582629C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU255707A1 (ru) * | Г. Д. Есин, В. Н. Жуланов , А. М. Меньшенин Чел бинский политехнический институт | Упругий шарнир | ||
SU1280220A1 (ru) * | 1985-05-15 | 1986-12-30 | Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта | Упругое шарнирное соединение |
US4966043A (en) * | 1987-04-13 | 1990-10-30 | Heinz Frey | Crank drive |
UA47622C2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-10-15 | Hinge joint hinge joint |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109386572B (zh) | 离心摆式减振器 | |
Behkam et al. | Design methodology for biomimetic propulsion of miniature swimming robots | |
Chen et al. | Multistable behaviors of compliant Sarrus mechanisms | |
EP1808617A1 (en) | Friction gearing with damper | |
Yang et al. | Wave propagation in fluid-filled single-walled carbon nanotube based on the nonlocal strain gradient theory | |
JP6305567B2 (ja) | 波動発生器および波動歯車装置 | |
JP2014046447A (ja) | スリットが形成された弾性変形体を有する機械式ストッパ装置、及び該機械式ストッパ装置を備えた多関節ロボット | |
RU2582629C1 (ru) | Упругий шарнир с заданной силовой характеристикой | |
Routh et al. | Analysis of coning and lubrication at flexspline cup and cam interface in conventional harmonic drives | |
Chen et al. | Fully compliant bistable mechanisms with enhanced pitch stiffness | |
Dohta et al. | Development and control of flexible spherical actuator using flexible pneumatic cylinders | |
Lan et al. | Design of a new nonlinear stiffness compliant actuator and its error compensation method | |
CN106066908A (zh) | 一种提高含间隙星载天线驱动机构运动稳定性的方法 | |
Gérard-Varet et al. | Rough wall effect on micro-swimmers | |
Montierth et al. | Analysis of elliptical rolling contact joints in compression | |
Thanaki et al. | Synthesizing bidirectional constant torque compliant mechanisms using precompressed beams | |
CN110053076B (zh) | 变刚度驱动器 | |
EP3508762A1 (en) | Sealing device | |
CN205428010U (zh) | 一种纸币交易装置 | |
RU2582324C1 (ru) | Упругий элемент липатова | |
Farmer | Investigation into snap loading of cables used in moored breakwaters | |
JP5912955B2 (ja) | 回転体の振動低減装置 | |
JP2007162842A (ja) | 軸継手 | |
Long | Do Tidal-Channel Turbulence Measurements Support k− 5/3? | |
Koetsier | Towards Theoretical Kinematics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161231 |