RU2727456C1

RU2727456C1 - Lever rectilinear guide mechanism

Info

Publication number: RU2727456C1
Application number: RU2019134090A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Фомин; Даниил Викторович Петелин
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-07-21

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to mechanical systems used in engineering to obtain a given motion of an output link. Lever rectilinear guide mechanism includes post, crank, main connecting rods and rockers, interconnected by rotary hinges, wherein one of rocker arms is made quadrangular. Mechanism is equipped with two additional two-link kinematic chains, each of which includes con-rod and rocker arm, wherein one kinematic chain is formed by three rotary hinges and is conjugated with a post and a quadrangular rocker arm, and the other is formed by two rotary and one translational hinges and is conjugated with the post and with one of the main connecting rods. Connecting rod of this kinematic chain has an elongated section extending beyond the mechanism contour; at that, the crank and the main piston rods are extendable with the possibility of changing their lengths.EFFECT: enabling expansion of technological capabilities and improvement of mechanism design.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим системам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.The invention relates to mechanical systems used in technology to obtain a given movement of the output link.

Известен механизм Робертса [Garoi F., Winterflood J., Ju L., Jacob J., Blair D.G. Passive vibration isolation using a Roberts linkage. Review of scientific instruments, Vol. 74, No. 7, 2003, pp. 3487-3491, Fig. 1a], включающий неподвижное звено (стойку), ведущее звено, выходное звено в виде треугольного шатуна и коромысло. Все звенья механизма соединены между собой вращательными шарнирами. Механизм реализует прямолинейное смещение выходной точки шатуна на некотором участке. Недостатком такого механизма является невозможность цикличного движения выходного звена в связи с тем, что ведущее звено не делает полного оборота на 360 градусов. Этот недостаток ограничивает область применения данного механизма.The known mechanism of Roberts [Garoi F., Winterflood J., Ju L., Jacob J., Blair D.G. Passive vibration isolation using a Roberts linkage. Review of scientific instruments, Vol. 74, No. 7, 2003, pp. 3487-3491, Fig. 1a], which includes a fixed link (rack), a driving link, an output link in the form of a triangular connecting rod and a rocker arm. All links of the mechanism are interconnected by rotary joints. The mechanism implements a rectilinear displacement of the connecting rod outlet point in a certain area. The disadvantage of such a mechanism is the impossibility of cyclic movement of the output link due to the fact that the driving link does not make a full 360-degree revolution. This drawback limits the scope of this mechanism.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является рычажный механизм [J.В.

de mecanismo de locomocion andante con cambio de direccion. Grado de Ingenieria en Diseno Mecanico, 2016, 81 p.; Figures 21, 22], включающий стойку, кривошип, шатуны и коромысла, соединенные между собой вращательными шарнирами, причем одно из коромысел выполнено в виде четырехугольного звена. Входное движение в механизме задается кривошипу.Closest to the proposed device is the lever mechanism [J.V.

de mecanismo de locomocion andante con cambio de direccion. Grado de Ingenieria en Diseno Mecanico, 2016, 81 p .; Figures 21, 22], which includes a rack, a crank, connecting rods and rocker arms, interconnected by rotary hinges, and one of the rocker arms is made in the form of a quadrangular link. The input motion in the mechanism is given to the crank.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в том, что выходная точка в нем расположена на шарнире между двух шатунов (точка G между шатунами EG и FG на Figure 21). При использовании данного механизма в качестве ноги шагающего устройства контакт с поверхностью происходит через указанный шарнир, это способствует износу материала в области шарнира и ведет к дальнейшей вынужденной замене шатунов EG и FG. При применении механизма прототипа в качестве направляющего устройства отсутствует возможность жесткой установки какого-либо инструмента, например, резца, схвата или лазера, в месте выходной точки в связи с тем, что она расположена в области шарнира. Кроме этого стойка имеет небольшую длину относительно всего габарита механизма. Этот недостаток снижает надежность при передаче движений между звеньями механизма и его жесткость.This mechanism is taken as a prototype of the proposed device. The disadvantage of the prototype is that the exit point is located at the hinge between the two connecting rods (point G between the connecting rods EG and FG in Figure 21). When using this mechanism as a walking device leg, contact with the surface occurs through the specified hinge, this contributes to material wear in the hinge area and leads to further forced replacement of the connecting rods EG and FG. When using the prototype mechanism as a guiding device, there is no possibility of rigid installation of any tool, for example, a cutter, gripper or laser, in the place of the exit point due to the fact that it is located in the hinge region. In addition, the rack has a small length relative to the entire dimension of the mechanism. This disadvantage reduces the reliability in the transmission of movements between the links of the mechanism and its rigidity.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении технологических возможностей и усовершенствовании конструкции прототипа путем введения в его состав дополнительных звеньев с целью обеспечения расположения выходной точки не на шарнире, а на звене для обеспечения жесткой установки какого-либо инструмента, а также увеличивающих жесткость всего механизма. При этом траектория движения выходной точки предлагаемого механизма соответствует траектории движения выходной точки прототипа. Кроме этого предлагаемым изобретением решается проблема по воспроизведению отличающихся траекторий движения выходного элемента при неизменной структуре механизма.The technical problem solved by the proposed invention is to expand the technological capabilities and improve the design of the prototype by introducing additional links into its composition in order to ensure the location of the exit point not on the hinge, but on the link to ensure a rigid installation of any tool, as well as increasing the rigidity of the whole mechanism. In this case, the trajectory of movement of the output point of the proposed mechanism corresponds to the trajectory of movement of the output point of the prototype. In addition, the proposed invention solves the problem of reproducing different trajectories of the output element with the same structure of the mechanism.

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом рычажном прямолинейно-направляющем механизме, включающем стойку, кривошип, основные шатуны и коромысла, соединенные между собой вращательными шарнирами, причем одно из коромысел выполнено четырехугольным, согласно изобретению механизм снабжен двумя дополнительными двухзвенными кинематическими цепями, каждая из которых включает шатун и коромысло, при этом одна кинематическая цепь образована тремя вращательными шарнирами и сопряжена со стойкой и четырехугольным коромыслом, а другая - образована двумя вращательными и одним поступательным шарнирами и сопряжена со стойкой и с одним из основных шатунов, причем шатун этой кинематической цепи имеет удлиненный участок, выходящий за контур механизма, при этом кривошип и основные шатуны механизма выполнены раздвижными с возможностью изменения их длин.This problem is solved by the fact that in the proposed linkage rectilinear-directing mechanism, including a rack, a crank, main connecting rods and rocker arms, connected by rotary hinges, and one of the rocker arms is made quadrangular, according to the invention, the mechanism is equipped with two additional two-link kinematic chains, each of which includes a connecting rod and a rocker arm, while one kinematic chain is formed by three rotational hinges and is coupled with a rack and a quadrangular rocker, and the other is formed by two rotational and one translational hinges and is coupled with a rack and one of the main connecting rods, and the connecting rod of this kinematic chain has an elongated a section extending beyond the contour of the mechanism, while the crank and the main connecting rods of the mechanism are made sliding with the possibility of changing their lengths.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении возможности жесткой установки выходного элемента и повышении жесткости всего механизма. Предлагаемое изобретение также позволяет воспроизводить разные траектории движения выходного элемента при неизменной структуре механизма за счет выполнения основных шатунов раздвижными. Таким образом, при использовании одного и того же механизма появляется возможность реализации разных законов движения выходного звена. Соответственно, разные технологические операции могут быть выполнены с применением одного и того же механизма.The technical result obtained when using the invention is to provide the possibility of rigid installation of the output element and to increase the rigidity of the entire mechanism. The proposed invention also makes it possible to reproduce different trajectories of movement of the output element with a constant structure of the mechanism by making the main connecting rods sliding. Thus, when using the same mechanism, it becomes possible to implement different laws of motion of the output link. Accordingly, different technological operations can be performed using the same mechanism.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где показан предлагаемый рычажный прямолинейно-направляющий механизм с воспроизводимой траекторией движения выходного звена.The invention is illustrated by the drawing, which shows the proposed linkage rectilinear-guiding mechanism with a reproducible trajectory of the output link.

Механизм состоит из стойки 1, кривошипа 2, шатунов 3, 5, 7, 8, 9 и 12 (выходное звено), коромысла 4, выполненного в виде четырехугольного звена и коромысел 6, 10 и 11. Все шарниры механизма выполнены вращательными, кроме шарнира между звеньями 11 и 12, который выполнен поступательным. Выходной точкой в механизме является точка А, принадлежащая шатуну 12. Для получения разных траекторий движения выходного звена, кривошип 2 и основные шатуны 3, 5, 7 и 8 выполнены раздвижными, т.е. с возможностью изменения их длины. Механизм является одноподвижным, в нем движение задается единственному звену, кривошипу 2. При этом все остальные звенья движутся определенно, по предписанным траекториям.The mechanism consists of a rack 1, a crank 2, connecting rods 3, 5, 7, 8, 9 and 12 (output link), a rocker arm 4 made in the form of a quadrangular link and rocker arms 6, 10 and 11. All the joints of the mechanism are rotational, except for the hinge between links 11 and 12, which is translational. The output point in the mechanism is point A, which belongs to the connecting rod 12. To obtain different trajectories of the output link, the crank 2 and the main connecting rods 3, 5, 7 and 8 are made sliding, i.e. with the possibility of changing their length. The mechanism is one-movable, in it the movement is given to a single link, crank 2. In this case, all other links move definitely, along the prescribed trajectories.

Принцип работы предлагаемого механизма заключается в следующем. При вращении кривошипа 2, шатуны 3 и 5 приводятся в движения. От них движение передается шатунам 7 и 8 через коромысла 6 и 4, которые приводят в движение выходное звено 12. Шатун 9 и коромысло 10, установленные между четырехугольным коромыслом 4 и стойкой 1, обеспечивают механизму дополнительную жесткость.The principle of operation of the proposed mechanism is as follows. When the crank 2 rotates, the connecting rods 3 and 5 are set in motion. From them, the movement is transmitted to the connecting rods 7 and 8 through the rocker arms 6 and 4, which drive the output link 12. The connecting rod 9 and the rocker arm 10, installed between the quadrangular rocker 4 and the rack 1, provide the mechanism with additional rigidity.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для выполнения различных технологических операций, например, применяться в качестве ноги шагающей машины, либо использоваться в системах прямолинейно-направляющих устройств, где требуется реализовать движение на некотором участке вдоль прямой линии.The proposed invention can be used to perform various technological operations, for example, used as a foot of a walking machine, or used in systems of rectilinear guiding devices, where it is required to implement movement in a certain section along a straight line.

Claims

Lever rectilinear guide mechanism, including a rack, a crank, main connecting rods and rocker arms, interconnected by rotary hinges, and one of the rocker arms is made quadrangular, characterized in that the mechanism is equipped with two additional two-link kinematic chains, each of which includes a connecting rod and a rocker arm, when one kinematic chain is formed by three rotational hinges and is coupled with a rack and a quadrangular rocker, and the other is formed by two rotational and one translational hinges and is coupled with a rack and one of the main connecting rods, and the connecting rod of this kinematic chain has an elongated section extending beyond the contour of the mechanism, the crank and the main connecting rods of the mechanism are made sliding with the possibility of changing their lengths.