RU2755441C1 - Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair - Google Patents

Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair Download PDF

Info

Publication number
RU2755441C1
RU2755441C1 RU2021106990A RU2021106990A RU2755441C1 RU 2755441 C1 RU2755441 C1 RU 2755441C1 RU 2021106990 A RU2021106990 A RU 2021106990A RU 2021106990 A RU2021106990 A RU 2021106990A RU 2755441 C1 RU2755441 C1 RU 2755441C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
kinematic pair
rotary
link
hollow cylinder
Prior art date
Application number
RU2021106990A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Пожбелко
Original Assignee
Владимир Иванович Пожбелко
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 Владимир Иванович Пожбелко filed Critical Владимир Иванович Пожбелко
Priority to RU2021106990A priority Critical patent/RU2755441C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755441C1 publication Critical patent/RU2755441C1/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
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • 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
    • F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
    • F16S5/00—Other constructional members not restricted to an application fully provided for in a single class

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, in particular to the articulated joints of the links of machine parts. A two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair consists of a connection of a support link (1) and an acting link (2), in which the support link (1) is made in the form of a hollow cylinder of rotation with a semicircular generator, and the acting link (2) is made in the form of a rotary cylinder with two ends rounded along the hemisphere, the generant of which is congruent to the inner surface of the hollow cylinder.
EFFECT: simplification of the design, reduction of the complexity of manufacturing and installation, as well as ease of assembly and disassembly of a two-degrees-of-freedom kinematic pair without the use of fasteners.
6 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шарнирным соединениям звеньев деталей машин.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the articulated joints of the links of machine parts.

Из теории механизмов и машин известно, что любой механизм состоит из звеньев и их подвижных соединений между собой в виде разнообразных кинематических пар (Артобелевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для втузов. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Наука, Гл.ред. физ-мат. лит., 1988 - 640, с. 20).From the theory of mechanisms and machines it is known that any mechanism consists of links and their movable connections among themselves in the form of various kinematic pairs (Artobelevsky II Theory of mechanisms and machines. Textbook for technical colleges. - 4th ed. Revised and add. - M .: Nauka, Chief editor of physical and mathematical literature, 1988 - 640, p. 20).

Известна пятиподвижная (H=5) кинематическая пара, образованная опорным звеном в виде шара (Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для втузов. - 4-е издание, перераб. и доп. - М: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1988, с. 24, рис. 1.4, в) - аналог №1.Known five-moving (H = 5) kinematic pair, formed by a supporting link in the form of a ball (Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms and machines. Textbook for technical colleges. - 4th edition, revised. And additional. - M: Science, Ch. Ed. . physical and mathematical lit., 1988, p. 24, fig. 1.4, c) - analogue No. 1.

Недостатком этой кинематической пары является избыточное число «Я» подвижностей звеньев, а именно более двух, что приводит к неуправляемости механической системы.The disadvantage of this kinematic pair is the excessive number "I" of the mobility of the links, namely more than two, which leads to the uncontrollability of the mechanical system.

Также известна трехподвижная (H=3) сферическая кинематическая пара, образованная опорным звеном в виде круглой сферы и воздействующего звена в виде шара, установленного внутри этой сферы (United States Patent No. 4,628,765. 1968) - аналог №2Also known is a three-movable (H = 3) spherical kinematic pair formed by a support link in the form of a round sphere and an acting link in the form of a ball installed inside this sphere (United States Patent No. 4,628,765. 1968) - analogue No. 2

Недостатком указанной трехподвижной кинематической пары является сложность изготовления и сборки из-за необходимости ее выполнения с точным пересечением только в одной точке всех трех осей вращения звеньев. Кроме того, практика машиностроения часто требует осуществления лишь двух относительных вращательных движений звеньев (Я=2) относительно двух взаимно-перпендикулярных осей. Описание выше пятиподвижная и трехподвижная кинематические пары этому требованию не удовлетворяют.The disadvantage of the specified three-movable kinematic pair is the complexity of manufacture and assembly due to the need for its implementation with an exact intersection at only one point of all three axes of rotation of the links. In addition, the practice of mechanical engineering often requires the implementation of only two relative rotational movements of the links (R = 2) relative to two mutually perpendicular axes. The description above of the five-moving and three-moving kinematic pairs does not satisfy this requirement.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, является двух подвижная кинематическая пара, состоящая из соединения опорного звена и воздействующего звена, в которой опорное звено выполнено в виде круговой параболической лунки, а воздействующее звено выполнено в виде параболической бочки, образующая которой конгруэнтна параболической лунке (патент RU 2681467, Бюл. 7, 2019 г. «Одноконтактная двухподвижная кинематическая пара»).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a two movable kinematic pair, consisting of the connection of the support link and the acting link, in which the supporting link is made in the form of a circular parabolic dimple, and the acting link is made in the form of a parabolic barrel, the generatrix of which is congruent parabolic hole (patent RU 2681467, Bul. 7, 2019 "Single-contact two-moving kinematic pair").

Недостатками указанной двухподвижной кинематической пары являются:The disadvantages of this two-movable kinematic pair are:

1. Сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления круговой параболической лунки и смежной (конгруэнтной) с ней параболической бочки с точно совпадающими между собой сложными поверхностями переменной кривизны, что требует применения сложного и дорогостоящего обрабатывающего оборудования.1. The complexity of the design and high labor intensity of manufacturing a circular parabolic hole and an adjacent (congruent) parabolic barrel with exactly matching complex surfaces of variable curvature, which requires the use of complex and expensive processing equipment.

2. Данная кинематическая пара допускает возможность самопроизвольного (т.е. неуправляемого) перемещения звена в виде бочки по стенке лунки вокруг оси «у». Это приводит к третьей подвижности (вокруг оси «у») - которая является вредной, так как заявленная «как двухподвижная» данная кинематическая пара превращается в «трехподвижную», что приводит к неработоспособности механизма с такой парой из-за самопроизвольного увеличения его подвижности W>1 и потери его управляемости.2. This kinematic pair allows for the possibility of spontaneous (ie uncontrolled) movement of the link in the form of a barrel along the wall of the hole around the y-axis. This leads to a third mobility (around the "y" axis) - which is harmful, since the declared "as two-way" this kinematic pair turns into a "three-way" one, which leads to the inoperability of the mechanism with such a pair due to a spontaneous increase in its mobility W> 1 and the loss of its controllability.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции двухподвижной кинематической пары, снижения трудоемкости и стоимости ее изготовления и сборки, а также обеспечении между подвижными соприкасающимися звеньями двух относительных вращательных движений относительно двух взаимно перпендикулярных осей.The invention is based on a technical problem, which consists in simplifying the design of a two-movable kinematic pair, reducing the labor intensity and cost of its manufacture and assembly, as well as providing two relative rotational movements between the movable contacting links relative to two mutually perpendicular axes.

Получение технического результата достигается за счет того, что в кинематической паре, состоящей из соединения опорного звена и воздействующего звена, согласно изобретения опорное звено выполнено в виде пустотелого цилиндра вращения с полукруговой образующей, а воздействующее звено выполнено в виде поворотного цилиндра с закругленными по полусфере двумя торцами, образующая которых конгруэнтна внутренней поверхности пустотелого цилиндра.Obtaining the technical result is achieved due to the fact that in the kinematic pair, consisting of the connection of the support link and the acting link, according to the invention, the supporting link is made in the form of a hollow cylinder of rotation with a semicircular generatrix, and the acting link is made in the form of a rotary cylinder with two ends rounded along a hemisphere whose generatrix is congruent to the inner surface of the hollow cylinder.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена двухподвижная вращательная кинематическая пара, на фиг. 2 дан разрез в плоскости «z - у»; на фиг. 3 показан вид А на фиг. 1; на фиг. 4 представлено опорное звено с монтажным пазом «Т».The essence of the invention is illustrated by a drawing, where FIG. 1 shows a two-movable rotary kinematic pair, FIG. 2 shows a section in the plane "z - y"; in fig. 3 shows view A in FIG. 1; in fig. 4 shows a support link with a mounting groove "T".

Дополнительно на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11 и фиг. 12 представлены варианты выполнения двухподвижной вращательной кинематической парой.Additionally, in FIG. 5, figs. 6, figs. 7, figs. 8, figs. 9, figs. 10, figs. 11 and FIG. 12 shows embodiments of a two-movable rotary kinematic pair.

Двухподвижная вращательная кинематическая пара (фиг. 1 -фиг. 4) состоит из соединения опорного звена 1 в виде пустотелого цилиндра вращения с полукруговой образующей радиусом «г», и воздействующего звена 2 в виде поворотного цилиндра с закругленными по полусфере радиусом «г» двумя торцами F и С, образующая которых конгруэнтна внутренней поверхности Е пустотелого цилиндра звена 1. Поворотный цилиндр звена 2 при сборке кинематической пары через монтажный паз «Г» надежно устанавливается внутри пустотелого цилиндра звена 1 с контактом по его внутренней поверхности Е через оба полусферических торца F и С, что обеспечивает требуемое беспрепятственное вращение только вокруг двух осей «z» и «х». Поворотный цилиндр звена 2 может быть выполнен с цилиндрической частью диаметром который может быть равен удвоенному радиусу кривизны «г» его полусферических торцов F и С, где d=2r.Two-movable rotational kinematic pair (Fig. 1 -Fig. 4) consists of the connection of the support link 1 in the form of a hollow cylinder of rotation with a semicircular generatrix of radius "r", and the acting link 2 in the form of a rotary cylinder with two ends rounded along a hemisphere with a radius of "r" F and C, the generatrix of which is congruent to the inner surface E of the hollow cylinder of link 1. The rotary cylinder of link 2, when assembling the kinematic pair through the mounting groove "G", is securely installed inside the hollow cylinder of link 1 with contact along its inner surface E through both hemispherical ends F and C , which provides the required unimpeded rotation only around the two axes "z" and "x". The rotary cylinder of link 2 can be made with a cylindrical part with a diameter that can be equal to twice the radius of curvature "g" of its hemispherical ends F and C, where d = 2r.

В представленном на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8 варианте выполнения двухподвижной вращательной кинематической пары - поворотный цилиндр воздействующего звена 2 вдоль его геометрической оси Ог02 сблокирован с шаром, диаметр которого «D» (фиг. 7) превышает диаметр «d» поворотного цилиндра (D>d), а пустотелый цилиндр опорного звена 1 выполнен с соосно расположенной с этим шаром сферической полостью «Q» (фиг. 6), образующая которых конгруэнтна сферической поверхности шара «5».In the embodiment shown in FIG. 5, figs. 6, figs. 7 and FIG. 8 embodiment of a two-movable rotary kinematic pair - the rotary cylinder of the acting link 2 along its geometric axis O g 0 2 is interlocked with a ball, the diameter of which "D" (Fig. 7) exceeds the diameter "d" of the rotary cylinder (D> d), and the hollow the cylinder of the support link 1 is made with a spherical cavity "Q" coaxially located with this ball (Fig. 6), the generatrix of which is congruent to the spherical surface of the ball "5".

В представленном на фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11 и фиг. 12 варианте выполнения двухподвижной кинематической пары поворотный цилиндр диаметра «d» сблокирован с установленными на его концах симметрично с двух сторон двумя шарами одинакового диаметра (d1=2r)>d, образующая которых конгруэнтна внутренней поверхности Е пустотелого цилиндра.In the embodiment shown in FIG. 9, figs. 10, figs. 11 and FIG. 12 embodiment of a two-movable kinematic pair, a rotary cylinder of diameter "d" is interlocked with two balls of the same diameter (d 1 = 2r)> d installed at its ends symmetrically on both sides, the generatrix of which is congruent to the inner surface E of the hollow cylinder.

Дополнительно поворотный цилиндр воздействующего звена 2 может быть выполнен с наружным слоем из упругого полимерного материала, например, каучука, деформируемого при сборке этого цилиндра с опорным звеном 1 для образования между ними беззазорной кинематической пары.Additionally, the rotary cylinder of the acting link 2 can be made with an outer layer of an elastic polymer material, for example, rubber, which is deformed when this cylinder is assembled with a support link 1 to form a gap-free kinematic pair between them.

Для работы предлагаемой кинематической пары в агрессивных средах, поворотный цилиндр и опорное звено могут быть выполнены из композитного антифрикционного материала, например, полиуретана или полистирола с различными наполнителями.To operate the proposed kinematic pair in aggressive media, the rotary cylinder and the support link can be made of a composite anti-friction material, for example, polyurethane or polystyrene with various fillers.

Работает предлагаемая кинематическая пара следующим образом: если опорное звено 1 в виде пустотелого цилиндра принять за неподвижное, то воздействующее звено 2 в виде поворотного цилиндра может беспрепятственно вращаться вокруг оси «z» и поворачиваться относительно своей геометрической оси «х».The proposed kinematic pair works as follows: if the supporting link 1 in the form of a hollow cylinder is taken as a fixed one, then the acting link 2 in the form of a pivoting cylinder can freely rotate around the z-axis and rotate about its geometrical x-axis.

Положительный эффект предлагаемой двухподвижной вращательной кинематической пары заключается в упрощении конструкции, снижении трудоемкости изготовления и монтажа, а также простоте сборки и разборки соединения звеньев кинематической пары без применения крепежных узлов.The positive effect of the proposed two-movable rotary kinematic pair is to simplify the design, reduce the labor intensity of manufacturing and installation, as well as the ease of assembly and disassembly of the connection of the links of the kinematic pair without the use of fasteners.

Claims (6)

1. Двухподвижная вращательная кинематическая пара, состоящая из соединения опорного звена и воздействующего звена, отличающаяся тем, что опорное звено выполнено в виде пустотелого цилиндра вращения с полукруговой образующей, воздействующее звено выполнено в виде поворотного цилиндра с закругленными по полусфере двумя торцами, образующая которых конгруэнтна внутренней поверхности пустотелого цилиндра, а поворотный цилиндр установлен внутри пустотелого цилиндра с контактом через оба полусферических торца.1. Two-movable rotary kinematic pair, consisting of the connection of the support link and the acting link, characterized in that the supporting link is made in the form of a hollow cylinder of rotation with a semicircular generatrix, the acting link is made in the form of a rotary cylinder with two ends rounded along a hemisphere, the generatrix of which is congruent to the inner the surface of the hollow cylinder, and the rotary cylinder is installed inside the hollow cylinder with contact through both hemispherical ends. 2. Двухподвижная вращательная кинематическая пара по п. 1, отличающаяся тем, что пустотелый цилиндр с одной из торцевых сторон выполнен с монтажным пазом, повторяющим конфигурацию поворотного цилиндра и предназначенным для его установки внутри пустотелого цилиндра при сборке пары.2. Two-movable rotary kinematic pair according to claim 1, characterized in that the hollow cylinder on one of the end sides is made with a mounting groove, repeating the configuration of the rotary cylinder and intended for its installation inside the hollow cylinder when assembling the pair. 3. Двухподвижная вращательная кинематическая пара по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр цилиндрической части поворотного цилиндра выполнен равным удвоенному радиусу кривизны его полусферических торцов.3. Two-moving rotary kinematic pair according to claim 1, characterized in that the diameter of the cylindrical part of the rotary cylinder is made equal to twice the radius of curvature of its hemispherical ends. 4. Двухподвижная вращательная кинематическая пара по п. 1, отличающаяся тем, что поворотный цилиндр вдоль его геометрической оси сблокирован с установленным посередине этого цилиндра шаром, диаметр сферической поверхности которого превышает диаметр поворотного цилиндра, а пустотелый цилиндр опорного звена выполнен с соосно расположенной с этим шаром сферической полостью, образующая которой конгруэнтна сферической поверхности упомянутого шара.4. Two-movable rotary kinematic pair according to claim 1, characterized in that the rotary cylinder along its geometric axis is interlocked with a ball installed in the middle of this cylinder, the diameter of the spherical surface of which exceeds the diameter of the rotary cylinder, and the hollow cylinder of the support link is made with coaxially located with this ball a spherical cavity, the generatrix of which is congruent to the spherical surface of the said ball. 5. Двухподвижная вращательная кинематическая пара по п. 1, отличающаяся тем, что поворотный цилиндр сблокирован с установленными на его концах симметрично с двух сторон двумя шарами одинакового диаметра, образующая которых конгруэнтна внутренней поверхности пустотелого цилиндра.5. Two-moving rotary kinematic pair according to claim 1, characterized in that the rotary cylinder is interlocked with two balls of the same diameter installed at its ends symmetrically on both sides, the generatrix of which is congruent to the inner surface of the hollow cylinder. 6. Двухподвижная вращательная кинематическая пара по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность поворотного цилиндра покрыта слоем из упругого полимерного материала, например полиуретана или каучука, деформируемого при сборке этого цилиндра с опорным звеном, для образования между ними беззазорной кинематической пары.6. Two-movable rotary kinematic pair according to claim 1, characterized in that the surface of the rotary cylinder is covered with a layer of elastic polymeric material, for example polyurethane or rubber, which is deformed when this cylinder is assembled with a support link to form a gap-free kinematic pair between them.
RU2021106990A 2021-03-16 2021-03-16 Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair RU2755441C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106990A RU2755441C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106990A RU2755441C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755441C1 true RU2755441C1 (en) 2021-09-16

Family

ID=77745765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106990A RU2755441C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755441C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4628765A (en) * 1985-02-27 1986-12-16 Rensselaer Polytechnic Institute Spherical robotic wrist joint
RU2564788C2 (en) * 2014-02-28 2015-10-10 Алексей Сергеевич Фомин Two-degrees-of-freedom kinematic pair
RU2578809C2 (en) * 2013-07-02 2016-03-27 Леонид Трофимович Дворников Three degrees of freedom kinematic pair
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4628765A (en) * 1985-02-27 1986-12-16 Rensselaer Polytechnic Institute Spherical robotic wrist joint
RU2578809C2 (en) * 2013-07-02 2016-03-27 Леонид Трофимович Дворников Three degrees of freedom kinematic pair
RU2564788C2 (en) * 2014-02-28 2015-10-10 Алексей Сергеевич Фомин Two-degrees-of-freedom kinematic pair
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3915482A (en) Externally supported internally stabilized flexible duct joint
CN108177159B (en) High-bearing universal joint, mechanical arm joint and flexible mechanical arm
US3843272A (en) Ball joint
JP6044000B2 (en) Small flexible cardan joints and spacecraft with such cardan joints
RU2755441C1 (en) Two-degrees-of-freedom rotational kinematic pair
US3504902A (en) Pin stabilized laminated bearing flexible joint
CN109798299B (en) Combined elastic body and elliptical sliding bearing
CN103492035A (en) Game pieces
KR900007451A (en) Golf ball
IL282464B1 (en) Flexure device
KR102020720B1 (en) Circular chain with chain link and chain link
US3494214A (en) Link chain for transmitting a mechanical load
JPS6238119B2 (en)
US20120227245A1 (en) Connection system for mechanical components
US830203A (en) Universal joint.
US3432193A (en) Spring hinge structure
RU2676840C1 (en) Single-contact four-mobile kinematic pair
US4976468A (en) Connective joint with interlocking ring structures, adaptable for water conduction
US4845603A (en) Connective joint with interlocking ring structures adaptable for flux or force transmission
JPS60116924A (en) Universal joint
RU2666031C1 (en) Roller bearing rocket engine nozzle
RU2681467C1 (en) Unijunction two-degree-of-freedom kinematic pair
US1188965A (en) Universal joint.
RU2742452C1 (en) Ball hinge
US3414340A (en) Journal bearing assemblies