RU2655120C1

RU2655120C1 - Articulation linkage with adjustable length of links

Info

Publication number: RU2655120C1
Application number: RU2017111364A
Authority: RU
Inventors: Давид Михайлович Белый
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-05-23

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to articulation linkages. Articulation linkage with adjustable links length comprises pivotally connected to the fixed post (1) and the connecting rod (2) drive crank (4) and rotating around the hinge (5) a driven rocker arm (6). Rocker arm is provided with a length adjustment unit comprising a rectilinear slot (7) and a stepped hinge (5) freely located therein. Connected to the source of the adjustable signal (10) electromagnetic coil (9) is put onto the hinge (5) thick part. Hinge (5) thin part is freely inserted into the slot (7) and is spring-loaded on both sides by the springs (12).

EFFECT: enabling the possibility of automated adjustment.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шарнирно-рычажным механизмам с регулируемыми звеньями, и может быть использовано, например, в машинах-автоматах.The invention relates to mechanical engineering, in particular to articulated link mechanisms with adjustable links, and can be used, for example, in automatic machines.

Известны четырехзвенные шарнирно-рычажные механизмы, содержащие стойку, ведущий кривошип и ведомое коромысло, шарнирно соединенные шатуном, при этом все звенья имеют заранее заданные углы поворота, любая точка шатуна описывает заданную шатунную кривую, а все точки кривошипа и коромысла - заданные траектории /см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М., 1970, стр. 325, рис. 539 и рис. 540 [1, 2] /.Known four-link articulated mechanisms containing a rack, a leading crank and a driven beam, articulated by a connecting rod, all links have predetermined angles of rotation, any point of the connecting rod describes a given connecting rod curve, and all points of the crank and rocker are given trajectories / cm. Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology, vol. 1, M., 1970, p. 325, fig. 539 and fig. 540 [1, 2] /.

Недостатками известных устройств является отсутствие возможности регулировки длин звенье и, соответственно, траекторий движения точек кривошипа и коромысла, шатунных кривых и законов движения звеньев.The disadvantages of the known devices is the inability to adjust the length of the link and, accordingly, the trajectories of the points of the crank and rocker arm, connecting rod curves and laws of movement of the links.

Известны также шарнирно-рычажные механизмы с регулировкой длины звеньев, осуществляемой с помощью кинематически связанных с шатуном эксцентриков с роликами / см. Кожевников С.Н. и др. Механизмы. "Машиностроение", 1965, стр. 333, рис. 459 [3] /, либо с помощью винтовой передачи, перемещающей ползун вдоль кулисы с изменением угла размаха коромысла / см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М., 1970, стр. 329, рис. 547 [4] /, либо путем выполнения на концах звеньев прямолинейных прорезей с подвижными шарнирами в различных положениях фиксируемыми прижимными винтами / см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М., 1970, стр. 329, рис. 548 [5] /.Also known are the articulated link mechanisms with adjustable link lengths carried out using eccentrics with rollers kinematically connected to the connecting rod / see Kozhevnikov S.N. and other mechanisms. "Mechanical Engineering", 1965, p. 333, Fig. 459 [3] /, or with the help of a helical gear moving the slider along the wings with a change in the angle of swing of the rocker arm / see Artobolevsky II Mechanisms in modern technology, vol. 1, M., 1970, p. 329, Fig. 547 [4] /, or by performing at the ends of the links rectilinear slots with movable joints in various positions with fixed clamping screws / see Artobolevsky II Mechanisms in modern technology, vol. 1, M., 1970, p. 329, Fig. 548 [5] /.

Недостатками всех известных устройств является отсутствие возможности изменения длин звеньев и, соответственно, законов их движения непосредственно во время работы механизма без его выключения.The disadvantages of all known devices is the inability to change the lengths of the links and, accordingly, the laws of their movement directly during operation of the mechanism without turning it off.

Кроме того, известен ряд шарнирно-рычажных механизмов, обеспечивающих возможность регулировки непосредственно в процессе работы длины либо ведущих вращающихся кривошипов / см., например, а.с. СССР №443216, кл. F16H 21/28, 1974 [6]; а.с. СССР №445784, кл. F16H 21/28, 1975 [7]; а.с. СССР №920303, кл. F16H 21/40, 1980[8] /; Ф.Д. Джонс и Х.Л. Хортон. Механизмы автоматического действия. 1961 [9] /, либо ведомого поворотного коромысла / см. а.с. СССР №1597483, кл. F16H 21/20 [10] /, либо связывающего ведущее и ведомое звенья шатуна / см. а.с. СССР №1113610, кл. F16H 21/20, 1981 [11]; а.с. СССР №7000726, кл. F16H 21/20, 1978 [12]; а.с. СССР №1362883, F16H 21/20, 1986[13] /.In addition, a number of articulated link mechanisms are known that provide the possibility of adjusting directly during operation the length of either the leading rotating cranks / see, for example, a.s. USSR No. 443216, class F16H 21/28, 1974 [6]; A.S. USSR No. 445784, cl. F16H 21/28, 1975 [7]; A.S. USSR No. 920303, class F16H 21/40, 1980 [8] /; F.D. Jones and H.L. Horton. Mechanisms of automatic action. 1961 [9] /, or driven rotary beam / see A.S. USSR No. 1597483, class F16H 21/20 [10] /, or connecting the leading and driven links of the connecting rod / see.with. USSR No. 1113610, class F16H 21/20, 1981 [11]; A.S. USSR No. 7000726, class F16H 21/20, 1978 [12]; A.S. USSR No. 1362883, F16H 21/20, 1986 [13] /.

Недостатками всех известных механизмов является предельная сложность как самих приспособлений для регулировки длины звеньев, так и трудоемкость при полном отсутствии автоматизации процесса регулировки. Это объясняется использованием в них, например, управляющего планетарного механизма / см. [6] /, системы эксцентриков с камерами, подключенными к гидросистеме / см. [7] /, специального двигателя поступательного перемещения винта, взаимодействующего с гайкой посредством несамотормозящей шайбы / см. [8], эксцентриковой втулки, установленной на кривошипном пальце с возможностью поворота при помощи тяги и гайки /см. [9] /, реечной передачи, установленной в направляющей и связанной с зубчатым колесом / см. [10] /, зубчатых передач с коническими колесами, цилиндрами и штоками, образующими винтовые пары / см. [11], [12] /, специальной системы в виде кулисы с ползуном, размещенных на шатуне, и блока с охватывающим его гибким элементом / см. [13] /.The disadvantages of all known mechanisms is the extreme complexity of the devices themselves for adjusting the length of the links, and the complexity in the complete absence of automation of the adjustment process. This is explained by the use of, for example, a planetary control mechanism / see [6] /, an eccentric system with cameras connected to the hydraulic system / see [7] /, a special engine for translational movement of the screw interacting with the nut via a non-self-locking washer / cm. [8], an eccentric sleeve mounted on a crank pin with the possibility of rotation using a rod and nut / cm. [9] /, rack gear installed in the guide and connected to the gear wheel / see [10] /, gears with bevel wheels, cylinders and rods forming helical pairs / see [11], [12] /, special systems in the form of a backstage with a slider placed on the connecting rod, and a block with a flexible element covering it / see [13] /.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является четырехзвенный шарнирно-рычажный механизм с регулируемой длиной звеньев, содержащий выполненные на концах звеньев прямолинейные прорези с размещенными в них подвижными шарнирами, фиксируемыми в различных положениях с помощью зажимных винтов /см. [5] / и принятый за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention, according to the set of essential features, is a four-link articulated lever mechanism with an adjustable link length, comprising straight cuts made at the ends of the links with movable hinges placed in them and fixed in various positions by clamping screws / cm. [5] / and adopted as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа являются отсутствие возможности регулировки длины звеньев без остановки работы механизма, а также трудоемкость процесса регулировки при полном отсутствии его автоматизации.The disadvantages of the prototype device are the inability to adjust the length of the links without stopping the operation of the mechanism, as well as the complexity of the adjustment process in the complete absence of automation.

Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого устройства по конструкции и имеющего возможность автоматизации процесса регулировки длин звеньев непосредственно во время работы шарнирно-рычажного механизма, обеспечивающей возможность получения с помощью электромагнитных сил практически любой заданной траектории движения точек всех звеньев во всем рабочем диапазоне.The essence of the invention is to create a relatively simple device in design and having the ability to automate the process of adjusting the length of the links directly during operation of the articulated link mechanism, which makes it possible to obtain using electromagnetic forces almost any given trajectory of the movement of the points of all links in the entire operating range.

Технический результат - обеспечение возможности автоматизированной регулировки длины ведущего и ведомого звеньев без остановки работы механизма.The technical result is the provision of automated control of the length of the leading and driven links without stopping the operation of the mechanism.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном шарнирно-рычажном механизме с регулируемой длиной звеньев, содержащем шарнирно соединенные с неподвижной стойкой и с шатуном ведущий кривошип и ведомое коромысло, снабженные узлами регулировки, включающими выполненную на конце соответствующего звена прямолинейную прорезь и свободно размещенный в ней подвижный шарнир, фиксируемый в различных положениях, особенность заключается в том, что узел регулировки длины кривошипа и/или/ коромысла имеет прорезь на конце данного звена, шарнирно соединенного со стойкой, шарнир выполнен в виде ступенчатого цилиндрического немагнитного вала, на толстую внутреннюю часть которого, прикрепленного торцом к стойке, плотно надета электромагнитная катушка, подключенная к источнику электрического сигнала с регулируемой амплитудой, а тонкая наружная часть вала свободно вставлена в прорезь звена с подпружиниванием с обеих сторон прорези и осевым ограничением от выхода из нее, при этом вышеуказанное звено выполнено из ферромагнитной полосы, линейно расширяющейся в направлении от катушки к шатуну в пределах диаметра катушки, и расположенной с минимальным зазором в параллельной наружному торцу катушки плоскости с исходной ориентацией прорези вдоль одного из диаметральных направлений катушки.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known articulated lever mechanism with an adjustable length of links comprising a leading crank and a rocker arm articulated with a connecting rod, provided with adjustment units, including a straight-cut slot made at the end of the corresponding link and freely the movable hinge located in it, fixed in various positions, the peculiarity lies in the fact that the knot for adjusting the length of the crank and / or rocker arm There is a slot at the end of this link, pivotally connected to the rack, the hinge is made in the form of a stepped cylindrical non-magnetic shaft, on the thick inner part of which, attached with an end to the rack, an electromagnetic coil is connected tightly, connected to an electric signal source with adjustable amplitude, and a thin outer part the shaft is freely inserted into the slot of the link with springing on both sides of the slot and axial restriction from exiting from it, while the above link is made of a ferromagnetic strip, eyno expanding in a direction away from the coil to the connecting rod within the coil diameters, and arranged with a minimum clearance in a parallel plane to the outer end of the coil with the initial orientation of the slit along one diametrical direction of the coil.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично на виде сбоку изображен предлагаемый механизм с промежуточным положением кривошипа, настроенный на один из вариантов заданных траекторий движения точек всех звеньев / участок регулируемого крепления коромысла к стойке показан с увеличением /; на фиг. 2 - механизм в том же промежуточном положений кривошипа, отрегулированный узлом регулировки длины коромысла на другой вариант шатунных кривых и траекторий точек коромысла; на фиг. 3 - вид А на механизм на фиг. 2 с местным продольным разрезом.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 schematically in side view shows the proposed mechanism with an intermediate position of the crank, tuned to one of the options for the given trajectories of the points of all links / section of the adjustable mounting of the rocker arm to the rack is shown with increasing /; in FIG. 2 - a mechanism in the same intermediate position of the crank, adjusted by the beam length adjustment unit to another version of the connecting rod curves and the trajectories of the rocker points; in FIG. 3 is a view A of the mechanism of FIG. 2 with a local longitudinal section.

На чертежах и далее в описании показана реализация предлагаемого механизма с одним узлом регулировки длины коромысла, размещенным на стойке в зоне шарнирного крепления к ней коромысла. Данный узел позволяет осуществлять регулировку шатунных кривых и траекторий точек коромысла при тех же кинематических характеристиках движения кривошипа. Аналогичный узел может быть использован и для регулировки длины кривошипа в зоне его шарнирного крепления к стойке, причем для предельного расширения возможностей регулировки / за счет возможности осуществления любой заданной регулировки шатунных кривых и траекторий движения всех точек кривошипа и коромысла /, а также повышения точности регулировки механизм может быть одновременно оснащен двумя вышеуказанными узлами.The drawings and the description below show the implementation of the proposed mechanism with one node for adjusting the length of the rocker arm, placed on a rack in the area of hinged mounting of the rocker arm to it. This unit allows you to adjust the connecting rod curves and trajectories of the rocker points with the same kinematic characteristics of the movement of the crank. A similar unit can be used to adjust the length of the crank in the area of its hinge attachment to the rack, and to maximize the possibilities of adjustment / due to the possibility of any given adjustment of the connecting rod curves and trajectories of all points of the crank and rocker /, as well as to increase the accuracy of the adjustment mechanism can be simultaneously equipped with the two above nodes.

Предлагаемый шарнирно-рычажный механизм с регулируемой длиной звеньев содержит шарнирно соединенные с неподвижной стойкой 1 и шатуном 2 ведущий, вращающийся вокруг шарнира 3 кривошип 4 и ведомое, вращающееся вокруг шарнира 5 коромысло 6, снабженные узлами регулировки длин, соответственно, кривошипа 4 и коромысла 6, причем напоминаем / см. выше /, что в качестве примера реализации в устройстве проиллюстрирован только узел регулировки длины коромысла 6. Узел регулировки включает выполненную на конце соответствующего звена / коромысла 6 / прямолинейную прорезь 7 и свободно размещенный в ней подвижный шарнир 5, фиксируемый в прорези 7 в различных положениях. При этом узел регулировки длины коромысла 6 и/или/ кривошипа 4 или обоих этих звеньев при одновременном использовании обоих узлов регулировки/ имеет прорезь 7 на конце данного звена, шарнирно соединенного со стойкой 1, шарнир 5 выполнен в виде ступенчатого цилиндрического немагнитного вала, на толстую внутреннюю часть 8 которого, прикрепленного торцом к стойке 1, плотно с фиксацией надета электромагнитная катушка 9, подключенная к источнику 10 электрического сигнала с регулируемой амплитудой. Тонкая наружняя часть 5 цилиндрического шарнира 5, 8, выполняющая функции шарнира, свободно вставлена в прорезь 7 звена 6, ограничена сверху наворачиваемым на шарнир 5 осевым ограничителем 11 для предотвращения возможного выхода шарнира 5 из прорези 7 и подпружинена в прорези 7 с обеих сторон двумя плоскими измерительными фасонными пружинами 12 / см. Е.А. Андреева. Упругие элементы приборов под ред. В.И. Феодосьева, М., 1962, стр. 65, рис. 24б [14], свободно вставленными в направляющие пазы 13 в боковых сторонах прорези 7 и прикрепленные к торцевым стенкам прорези 7 по ее концам / таким образом свободно прижатые к шарниру 5 внутренние концы пружин 12 не препятствуют провороту звена 6 вокруг шарнира 5 /. При этом коромысло 6 / или кривошип 4 / выполнены из ферромагнитной металлической полосы / например, из сплава "Армко" /, линейно расширяющейся в направлении от катушки 9 к шатуну 2 в пределах диаметра катушки 9 и расположенной с минимально возможным зазором 14 в параллельной наружному торцу катушки 9 плоскости с исходной ориентацией прорези 7 вдоль одного из диаметральных направлений катушки 9. Таким образом, / см. фиг. 1 и фиг. 2 / регулировка рабочей длины коромысла 6, то есть расстояния от шарнира 5 до шатуна 2, осуществляется смещением коромысла 6 вдоль прорези 7 из исходного положения / фиг. 1 / вниз / фиг. 2 /, только пока полоса 6 коромысла по своей ширине не закроет весь диаметр катушки 9. Кроме того, на фиг. 1 механизм / см. выше / показан в одном из промежуточных положений кривошипа 4 при одном из вариантов регулировки / кривошип 4 и коромысло 6 повернуты относительно стойки 1 на определенные углы, прорезь 7 ориентирована вдоль одного из диагональных направлений катушки 9 /. На фиг. 2 специально механизм показан в положении после регулировки коромысла 6 по длине для того же промежуточного положения кривошипа 4, что и на фиг. 1. Естественно, что продольное смещение коромысла 6 вдоль прорези 7 в процессе регулировки при том же положении кривошипа 4 вызовет некоторый поворот коромысла 6 и значительное плоское перемещение шатуна 2, что приведет к серьезному изменению кинематики движения всех точек звеньев 2 и 6.The proposed articulated lever mechanism with an adjustable length of links comprises a drive pivotally mounted to a fixed strut 1 and a connecting rod 2, a crank 4 rotating around a hinge 3 and a rocker 6 rotating around the hinge 5, provided with length adjustment units, respectively, of the crank 4 and the rocker 6, moreover, we recall / see above / that, as an example of implementation, the device illustrates only the node for adjusting the length of the rocker 6. The adjustment node includes a straight line made at the end of the corresponding link / rocker 6 / a linear slot 7 and a freely movable hinge 5, which is fixed in the slot 7 in various positions. In this case, the node for adjusting the length of the rocker arm 6 and / or / of the crank 4 or both of these links while using both adjustment nodes / has a slot 7 at the end of this link pivotally connected to the rack 1, the hinge 5 is made in the form of a stepped cylindrical non-magnetic shaft, on a thick the inner part 8 of which, attached by the end to the rack 1, is tightly fixed with an electromagnetic coil 9 attached to the source 10 of an electric signal with adjustable amplitude. The thin outer part 5 of the cylindrical hinge 5, 8, acting as a hinge, is freely inserted into the slot 7 of the link 6, bounded from above by an axial stop 11 which is turned onto the hinge 5 to prevent the hinge 5 from coming out of the slot 7 and is spring loaded into the slot 7 on both sides with two flat measuring shaped springs 12 / cm. E.A. Andreeva. Elastic elements of devices, ed. IN AND. Feodosiev, M., 1962, p. 65, fig. 24b [14], freely inserted into the guide grooves 13 on the sides of the slot 7 and attached to the end walls of the slot 7 at its ends / thus, the inner ends of the springs 12, freely pressed to the hinge 5, do not prevent the link 6 from turning around the hinge 5 /. The rocker 6 / or crank 4 / is made of a ferromagnetic metal strip / for example, of Armco alloy /, linearly expanding in the direction from coil 9 to connecting rod 2 within the diameter of coil 9 and located with the smallest possible gap 14 parallel to the outer end coil 9 of the plane with the initial orientation of the slot 7 along one of the diametrical directions of the coil 9. Thus, / see Fig. 1 and FIG. 2 / adjustment of the working length of the rocker arm 6, that is, the distance from the hinge 5 to the connecting rod 2, is carried out by shifting the rocker arm 6 along the slot 7 from the initial position / Fig. 1 / down / Fig. 2 /, only until the rocker bar 6 in its width covers the entire diameter of the coil 9. In addition, in FIG. 1 mechanism / see above / is shown in one of the intermediate positions of the crank 4 with one of the adjustment options / the crank 4 and the rocker 6 are rotated relative to the rack 1 at certain angles, the slot 7 is oriented along one of the diagonal directions of the coil 9 /. In FIG. 2 specifically, the mechanism is shown in the position after adjusting the rocker arm 6 in length for the same intermediate position of the crank 4 as in FIG. 1. Naturally, the longitudinal displacement of the rocker arm 6 along the slot 7 during adjustment at the same position of the crank 4 will cause some rotation of the rocker arm 6 and a significant flat movement of the connecting rod 2, which will lead to a serious change in the kinematics of movement of all points of links 2 and 6.

Процесс регулировки длины коромысла 6 в предлагаемом механизме осуществляется следующим образом.The process of adjusting the length of the rocker 6 in the proposed mechanism is as follows.

Положению коромысла 6 на фиг. 1 относительно прорези 7 соответствует определенная амплитуда электрического сигнала в катушке 9. При увеличении амплитуды этого сигнала магнитное сопротивление цепи катушка 9 - ферромагнитная полоса 6 стремится уменьшиться, при этом полоса 6 своей все более расширяющейся частью пытается перекрыть наружный торец катушки 9 и замкнуть через себя силовые линии магнитного поля катушки 9. То есть полоса 6 сместится относительно фиг. 1 вдоль прорези 7 вправо вниз / до ее положения на фиг. 2 /, сжимая пружины 12. В новом статическом состоянии после регулировки силы электромагнитного взаимодействия уравновесятся силами упругости пружин 12. Увеличивая амплитуду тока в катушке 9 можно увеличивать данное смещение, сокращая рабочую длину коромысла 6. Как было указано выше, такое смещение можно производить, пока полоса 6 своей шириной не перекроет весь диаметр катушки 9.The position of the rocker 6 in FIG. 1, relative to the slot 7, there corresponds a certain amplitude of the electric signal in the coil 9. With an increase in the amplitude of this signal, the magnetic resistance of the circuit coil 9 — the ferromagnetic strip 6 tends to decrease, while the strip 6, with its increasingly expanding part, tries to block the outer end of the coil 9 and close the power the magnetic field of the coil 9. That is, the strip 6 will shift relative to FIG. 1 along the slot 7 to the right down / to its position in FIG. 2 /, compressing the springs 12. In the new static state, after adjusting the forces of the electromagnetic interaction, they are balanced by the elastic forces of the springs 12. By increasing the amplitude of the current in the coil 9, this displacement can be increased, reducing the working length of the rocker arm 6. As mentioned above, this displacement can be performed while strip 6 with its width will not block the entire diameter of the coil 9.

По мнению заявителя, предлагаемое устройство, характеризуясь значительной простотой конструкции и универсальностью, позволяет практически автоматизировать процесс регулировки длин звеньев шарнирно-рычажного механизма. При этом, используя одновременно данные узлы регулировки для коромысла и кривошипа, можно при некотором усложнении конструкции и трудоемкости регулировки добиться получения практически любых заданных кинематических характеристик движения звеньев с очень высокой точностью.According to the applicant, the proposed device, characterized by significant simplicity of design and versatility, allows you to practically automate the process of adjusting the lengths of the links of the articulated lever mechanism. At the same time, using simultaneously these adjustment nodes for the rocker arm and crank, it is possible, with some complexity of the design and the complexity of the adjustment, to obtain virtually any given kinematic characteristics of the movement of the links with very high accuracy.

Claims

An articulated lever mechanism with an adjustable link length, comprising a leading crank and a rocker arm pivotally connected to a fixed strut and with a connecting rod, equipped with adjustment units, including a straight slot made at the end of the corresponding link and a movable hinge freely mounted in it, fixed in various positions, different the fact that the knot for adjusting the length of the crank and / or rocker has a slot at the end of this link, pivotally connected to the rack, the hinge is made in the form of a stepped cylinder a non-magnetic non-magnetic shaft, on the thick inner part of which is attached an end to the rack, an electromagnetic coil is tightly connected, connected to a source of electrical signal with adjustable amplitude, and the thin outer part of the shaft is freely inserted into the slot of the link with springing on both sides of the slot and axial restriction from the output from it, while the above link is made of a ferromagnetic strip linearly expanding in the direction from the coil to the connecting rod within the diameter of the coil and located with a minimum m clearance in a plane parallel to the outer end of the coil with the initial orientation of the slot along one of the diametrical directions of the coil.