RU2804337C2 - Vibration dampener device for wheel-stepper motor - Google Patents
Vibration dampener device for wheel-stepper motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804337C2 RU2804337C2 RU2020118463A RU2020118463A RU2804337C2 RU 2804337 C2 RU2804337 C2 RU 2804337C2 RU 2020118463 A RU2020118463 A RU 2020118463A RU 2020118463 A RU2020118463 A RU 2020118463A RU 2804337 C2 RU2804337 C2 RU 2804337C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- fixed
- connecting rod
- output shaft
- vibration damper
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение касается механизмов преобразования вращательного движения в иные виды движения, в частности в равномерное поступательное движение и предназначено для применения в качестве гасителя колебаний для колесно-шаговых движителей. В различных конструкциях колесно-шаговых движителей предполагается использование различных передвигающихся опор вместо обода колеса. Простейший вариант такого движителя - колесо без обода, состоящее из спиц, на которые движитель опирается в процессе своего движения. Отсутствие обода дает определенное преимущество при движении по неровным и нетвердым поверхностям, но приводит к возникновению нежелательных колебаний оси и всей конструкции. Для избавления от данных колебаний необходим дополнительный механизм - гаситель колебаний.The invention concerns mechanisms for converting rotational motion into other types of motion, in particular into uniform translational motion, and is intended for use as a vibration damper for wheel-stepping movers. In various designs of wheel-stepper movers, it is assumed that various moving supports are used instead of the wheel rim. The simplest version of such a mover is a wheel without a rim, consisting of spokes on which the mover rests during its movement. The absence of a rim gives a certain advantage when driving on uneven and unsteady surfaces, but leads to unwanted vibrations of the axle and the entire structure. To get rid of these vibrations, an additional mechanism is needed - a vibration damper.
Известно «Шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями» (патент RU №2628285 С2), в котором предлагается несколько вариантов гасителя (компенсатора) колебаний, возникающих при передвижении опор. В данном патенте шасси транспортного средства содержит колесно-шаговые движители. Каждый колесно-шаговый движитель состоит по меньшей мере из трех опор, закрепленных на общем валу симметрично относительно оси вращения вала и наклонно друг к другу, образуя боковые ребра воображаемой пирамиды. При этом вал расположен под углом к опорной поверхности таким образом, чтобы опорной поверхности касались не более двух опор от каждого колесно-шарового движителя одновременно. Причем вал закреплен подвижно с возможностью поперечных движений и кинематически связан с компенсатором колебаний. Компенсатор колебаний закреплен на шасси.The “Chassis for movement on various supporting surfaces with wheel-stepping movers” is known (patent RU No. 2628285 C2), which offers several options for damping (compensator) vibrations that occur during the movement of supports. In this patent, the vehicle chassis contains wheel-stepping movers. Each wheel-stepper propulsion device consists of at least three supports mounted on a common shaft symmetrically relative to the axis of rotation of the shaft and inclined to each other, forming the side ribs of an imaginary pyramid. In this case, the shaft is located at an angle to the supporting surface in such a way that no more than two supports from each wheel-ball mover touch the supporting surface simultaneously. Moreover, the shaft is fixed movably with the possibility of transverse movements and is kinematically connected to the vibration compensator. The vibration compensator is fixed to the chassis.
В одном варианте гасителя (компенсатора) колебаний предполагает использование четного количества колесно-шаговых движителей, каждая пара имеет общий компенсатор колебаний, который состоит из общего рычага, качающегося на неподвижной оси, закрепленной на раме шасси. В этом случае, в каждой паре колесно-шаговых движителей выходные валы приводятся в синхронное вращение от общего привода, а опоры на данных валах устанавливают в противофазе.In one embodiment, the vibration damper (compensator) involves the use of an even number of wheel-stepping movers; each pair has a common vibration compensator, which consists of a common lever swinging on a fixed axis mounted on the chassis frame. In this case, in each pair of wheel-stepper movers, the output shafts are driven into synchronous rotation from a common drive, and the supports on these shafts are installed in antiphase.
Недостатком такого механизма является обязательная синхронизация движения колесно-шаговых движителей в своей паре, что существенно затрудняет перемещение на поверхностях со сложным рельефом. Кроме того, такая схема парного расположения и синхронизации движителей делает невозможной реализацию маневрирования путем поворота отдельных движителей относительно шасси транспортного средства.The disadvantage of this mechanism is the mandatory synchronization of the movement of wheel-stepping movers in their pair, which significantly complicates movement on surfaces with complex terrain. In addition, such a scheme of paired arrangement and synchronization of propulsors makes it impossible to implement maneuvering by rotating individual propulsors relative to the vehicle chassis.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является вариант гасителя колебаний (патент DE №20042010935U 20040712), в котором преобразуют вращение входного вала в сложное вращательно-возвратно-поступательное движение оси вращения, на котором закреплены ноги за счет эксцентрично вращаемого ведущего зубчатого колеса. В данном аналоге каждый блок ног предпочтительно выполнен в форме звезды, причем отдельные ноги соответствующего блока расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Таким образом, например, в блоке, состоящем из четырех ножек, имеется соответствующее расстояние между отдельными ножками, равное 90°. При большем или меньшем количестве ножек на единицу устанавливается соответственно другое соотношение углов. Согласно особому признаку аналога каждый блок расположен с возможностью перемещения на корпусе. Преимущество этой компоновки состоит, в частности, в том, что неизбежно возникающее в ходе крутильного движения смещение высоты блоков ног по оси вращения каждого блока ног может быть компенсировано. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения с целью перемещаемого расположения узла на базовом корпусе предусмотрено, что каждый блок соединен с телескопически сформированной подвеской, которая имеет два связанных зубчатых колеса, а зубчатое колесо на стороне привода установлена эксцентрично. В этом случае определяется эксцентриситет эксцентрично установленного зубчатого колеса после регулировки в контексте вращательного движения единицы вертикального смещения оси вращения. Эта компоновка также позволяет гарантировать, что перепад высот оси вращения, возникающий из-за скручивающего движения ножного блока, полностью компенсируется по сравнению с грунтом, который необходимо преодолеть, так что основной корпус устройства для ходьбы в соответствии с изобретением можно поддерживать на постоянном уровне.The closest to the proposed device is a variant of the vibration damper (patent DE No. 20042010935U 20040712), in which the rotation of the input shaft is converted into a complex rotational-reciprocating motion of the rotation axis, on which the legs are attached due to an eccentrically rotated drive gear. In this analogue, each leg block is preferably made in the shape of a star, with the individual legs of the corresponding block located at the same distance from each other. Thus, for example, in a block consisting of four legs, there is a corresponding distance between the individual legs of 90°. With more or less legs per unit, a correspondingly different angle ratio is established. According to a special feature of the analogue, each block is movably located on the housing. The advantage of this arrangement is, in particular, that the displacement of the height of the leg blocks along the axis of rotation of each leg block that inevitably occurs during the torsional movement can be compensated. According to an alternative embodiment of the invention, for the purpose of movably positioning the assembly on the base body, it is provided that each block is connected to a telescopically formed suspension, which has two associated gears, and the gear on the drive side is mounted eccentrically. In this case, the eccentricity of the eccentrically mounted gear is determined after adjusting the vertical displacement unit of the rotation axis in the context of the rotational motion. This arrangement also makes it possible to ensure that the difference in height of the rotation axis resulting from the twisting movement of the leg unit is fully compensated in comparison with the ground to be traversed, so that the main body of the walking device according to the invention can be maintained at a constant level.
Недостатком аналога является наличие существенных паразитных колебаний. В аналоге указаны два момента, при которых вал проходит максимальную и минимальную точки: «максимальное расстояние между осью вращения, с одной стороны, и землей, с другой, регулируется, когда припаркованная на земле опора устройства находится под прямым углом к земле. В этом положении устройства расстояние между осью вращения и землей максимально и зависит от длины ноги. Минимальное расстояние между землей и осью вращения возникает, когда две ноги устройства находятся в контакте с землей одновременно, причем расстояние между осью вращения и землей измеряется в соответствии с высотой треугольника, образованного двумя ножками и землей». Предлагаемый аналог выравнивает колебания корпуса в этих двух точках, но при этом возникают дополнительные паразитные колебания корпуса между этими точками, вызванные особенностью предлагаемого механизма - график изменения высоты оси вращения механизмом с зубчатыми колесами не совпадает с фактическим графиком изменения высоты оси вращения, вызванного перемещением ног. Но проблема усугубляется тем, что кроме указанных паразитных колебаний корпуса относительно земли аналог не устраняет колебания корпуса по скорости. Более того, при использовании зубчатых колес небольшого диаметра (относительно длины ног) - колебания по скорости усиливаются вплоть до отрицательных значений. Иными словами, при равномерном вращении выходного вала ось вращения, а соответственно и корпус будут двигаться с переменной линейной скоростью вплоть до небольших остановок и даже обратного хода. Данные паразитные колебания передаются также и на выходной вал, что влечет неравномерную нагрузку на силовую установку. Все это происходит из-за того, что эксцентрично установленное зубчатое колесо в разных положениях по-разному передает усилие второму зубчатому - в верхнем положении эксцентрично установленного зубчатого колеса оно воздействует с минимальным рычагом, а в нижнем положении длина рычага максимальная. Причем в аналоге преимущественно рассматриваются вариант блок с 4-я ногами. Хотя блок с 3-я ногами потенциально обладает более высокой проходимостью, чем блок с 4-я ногами. Но если использовать блок с 3-я ногами, то паразитные колебания будут еще выше. Данную проблему можно решить путем увеличения диаметров указанных зубчатых колес, но это приводит к значительному увеличению габаритов и веса механизма и при этом устраняет паразитные колебания лишь частично.The disadvantage of the analogue is the presence of significant parasitic oscillations. The analogue specifies two moments at which the shaft passes the maximum and minimum points: “the maximum distance between the axis of rotation, on the one hand, and the ground, on the other, is adjusted when the support of the device, parked on the ground, is at right angles to the ground. In this position of the device, the distance between the axis of rotation and the ground is maximum and depends on the length of the leg. The minimum distance between the ground and the axis of rotation occurs when two legs of the device are in contact with the ground at the same time, the distance between the axis of rotation and the ground being measured according to the height of the triangle formed by the two legs and the ground.” The proposed analogue equalizes the vibrations of the body at these two points, but at the same time additional parasitic vibrations of the body arise between these points, caused by a feature of the proposed mechanism - the graph of changes in the height of the rotation axis by a mechanism with gears does not coincide with the actual graph of changes in the height of the rotation axis caused by the movement of the legs. But the problem is aggravated by the fact that, in addition to the indicated parasitic vibrations of the body relative to the ground, the analogue does not eliminate vibrations of the body in speed. Moreover, when using gears of small diameter (relative to the length of the legs), speed fluctuations increase up to negative values. In other words, with uniform rotation of the output shaft, the axis of rotation, and accordingly the housing, will move at a variable linear speed up to small stops and even reverse motion. These parasitic vibrations are also transmitted to the output shaft, which leads to an uneven load on the power plant. All this happens due to the fact that the eccentrically mounted gear in different positions transmits force to the second gear differently - in the upper position of the eccentrically mounted gear it acts with minimal leverage, and in the lower position the length of the lever is maximum. Moreover, the analogue mainly considers the option of a block with 4 legs. Although a block with 3 legs potentially has higher cross-country ability than a block with 4 legs. But if you use a block with 3 legs, then the parasitic vibrations will be even higher. This problem can be solved by increasing the diameters of these gears, but this leads to a significant increase in the dimensions and weight of the mechanism and at the same time eliminates parasitic vibrations only partially.
Задачей настоящего изобретения является улучшение механизма гашения колебаний, в котором будут устранены недостатки прототипа: существенные паразитные колебания корпуса и паразитные нагрузки на выходной вал. При этом недостатки будут устранены без увеличения размеров шестерен и механизма.The objective of the present invention is to improve the vibration damping mechanism, which will eliminate the disadvantages of the prototype: significant parasitic vibrations of the housing and parasitic loads on the output shaft. In this case, the shortcomings will be eliminated without increasing the size of the gears and mechanism.
Указанные задачи достигаются тем, что в предлагаемом устройстве гасителя колебаний вместо определенных зубчатых колес круглой формы используются шестерни переменного радиуса. А во-вторых, в отличие от аналога, вторая шестерня, взаимодействующая с ведущей шестерней, перемещается не вдоль вертикальной направляющей, а на шатуне, что также улучшает кинематическую схему. В рассматриваемом механизме гасителя колебаний на входном валу 1 (фиг. 1) закреплен кривошип 2. На свободном конце кривошипа эксцентрично зафиксирована эллиптическая ведущая шестерня 3. Через данную шестерню 3 проходит ось 4. Причем ось 4 проходит ближе к той стороне эллиптической шестерни 3, которая находится ближе к валу 1. Первый конец шатуна 5 (фиг. 2) закреплен на оси 4. А на противоположном втором конце шатуна 5 закреплен выходной вал 6. При этом выходной вал 6 выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющей 7, являющейся частью корпуса гасителя колебаний. Направляющая 7 позволяет второму концу шатуна 5 и выходному валу 6 перемещаться продольно, в плоскости перпендикулярной оси выходного вала 6. На выходном валу 6 закрепляются ведомая шестерня 8 и три опоры 9, закрепленные симметрично относительно вала 6. Между эллиптической ведущей шестерней 3 и ведомой шестерней 8 находятся промежуточная круглая шестерня 10 и треугольная шестерня 11, зафиксированные между собой и закрепленные на общей оси 12 на шатуне 5. При этом промежуточная шестерня 10 входит в непрерывное зацепление с ведомой шестерней 8. А треугольная шестерня 11 входит в непрерывное зацепление с эллиптической ведущей шестерней 3.These objectives are achieved by the fact that in the proposed vibration damper device, instead of certain round gears, gears of variable radius are used. And secondly, unlike its analogue, the second gear, interacting with the drive gear, moves not along a vertical guide, but on a connecting rod, which also improves the kinematic diagram. In the vibration damper mechanism under consideration, a
Ведомая шестерня 8 и промежуточная круглая шестерня 10 выполнены одного диаметра. А размеры эллиптической ведущей шестерни 3 и треугольной шестерни 11 подбираются таким образом, чтобы полный поворот эллиптической ведущей шестерни 3 проворачивал треугольную шестерню 11 на 1/3. Это обеспечивает один шаг за один полный поворот эллиптической ведущей шестерни 3.The driven gear 8 and the intermediate round gear 10 are made of the same diameter. And the dimensions of the
При вращении выходного вала 6 одна либо две опоры 9 касаются поверхности земли. При этом, если земли касаются две опоры 9, то выходной вал 6 находится в нижней точке, а если земли касается одна опора 9, и она в это время находится в вертикальном положении, то выходной вал 6 будет находиться в высшей точке. Расстояние между нижней и высшей точками - это вертикальная амплитуда колебаний выходного вала 6. Помимо вертикальных колебаний выходного вала 6 появляются и горизонтальные колебания данного вала, проявляющиеся в неравномерном перемещении вала 6 по горизонтальной оси при равномерном вращении входного вала 1. Основная задача гасителя колебаний заключается в том, чтобы положение входного вала 1, а соответственного и корпуса гасителя колебаний при вращении выходного вала изменялось значительно меньше вертикальной амплитуды колебаний выходного вала 6 при любом угловом повороте входного вала 1. И также минимально должна изменяться скорость перемещения входного вала и корпуса гасителя колебаний при вращении выходного вала 6. Размер кривошипа 2 подбирается таким образом, чтобы расстояние от центра вращения кривошипа 2 до центра оси 4 было равно вертикальной амплитуды колебания выходного вала 6. При этом под треугольной шестерней 11 понимается шестерня особой формы, напоминающей треугольник со скругленными углами. При этом стороны такого треугольника могут быть как выпуклыми, так и вогнутыми. А эллиптическая шестерня 3 может быть овальной формы. Описываемый механизм и способ и правильно подобранные кривизны эллиптической и треугольной шестерен позволяют существенно сгладить остаточные колебания входного вала 1 и обеспечивают решение поставленных задач.When the output shaft 6 rotates, one or two supports 9 touch the ground. Moreover, if two supports 9 touch the ground, then the output shaft 6 is at the lowest point, and if one support 9 touches the ground, and at that time it is in a vertical position, then the output shaft 6 will be at the highest point. The distance between the lower and highest points is the vertical amplitude of vibrations of the output shaft 6. In addition to vertical vibrations of the output shaft 6, horizontal vibrations of this shaft also appear, manifested in the uneven movement of shaft 6 along the horizontal axis with uniform rotation of the
В альтернативном варианте механизма гасителя колебаний предполагает замену ведомой шестерни 8 и промежуточной круглой шестерни 10 на гибкую трансмиссию 13 (фиг. 3), которая может быть выполнена из гибкой пружины. Один конец гибкой трансмиссии 13 соединен с треугольной шестерней 11, а другой конец соединен с выходным валом 6.An alternative version of the vibration damper mechanism involves replacing the driven gear 8 and the intermediate round gear 10 with a flexible transmission 13 (Fig. 3), which can be made of a flexible spring. One end of the flexible transmission 13 is connected to the triangular gear 11, and the other end is connected to the output shaft 6.
В случае использования на выходном валу не трех, а четырех опор 9 вместо треугольной шестерни 11 необходимо использовать шестерню квадратной формы. Под квадратной формой в данном случае понимается квадрат со скругленными углами и с выпуклыми либо вогнутыми сторонами. А размеры эллиптической и квадратной шестерен подбираются таким образом, чтобы полный оборот эллиптической шестерни проворачивал квадратную шестерню на In the case of using not three, but four supports 9 on the output shaft, instead of a triangular gear 11, it is necessary to use a square gear. In this case, a square shape means a square with rounded corners and convex or concave sides. And the dimensions of the elliptical and square gears are selected in such a way that a full revolution of the elliptical gear rotates the square gear by
Способ компенсации колебаний реализуется следующим образом, одинаковом для вышеперечисленных вариантов устройства: входной вал 1 (фиг. 2) вращает кривошип 2. В свою очередь кривошип 2 вращает один конец шатуна 5 и за счет собственного вращения кривошип 2 поворачивает жестко закрепленную на нем эллиптическую ведущую шестерню 3. В свою очередь эллиптическая ведущая шестерня 3 вращает в противоположном направлении треугольную шестерню 11, так как входит с ней в непрерывное зацепление за счет того, что ось 4 эллиптической ведущей шестерни 3 и ось 12 треугольной шестерни 11 закреплены на общем шатуне 5. Далее треугольная шестерня 11 передает одним из двух вариантов вращение в противоположном направлении на выходной вал 6: в первом варианте через зубчатые колеса 8 и 10 равного диаметра, а во втором варианте через гибкую трансмиссию 13.The vibration compensation method is implemented as follows, the same for the above device options: input shaft 1 (Fig. 2) rotates crank 2. In turn, crank 2 rotates one end of the connecting rod 5 and, due to its own rotation, crank 2 rotates the elliptical drive gear rigidly attached to it 3. In turn, the
При этом выходной вал 6 закреплен на втором конце шатуна 5 и выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющей 7, являющейся частью корпуса гасителя колебаний. Таким образом, механизм и описанный способ позволяют одновременно вращать выходной вал 6 и перемещать его перпендикулярно оси вращения так, чтобы выходной вал 6 оказался в высшей точке в тот момент, когда одна из опор 9 находится в вертикальном положении и касается земли, и оказался в нижней точке, когда две любые опоры 9 одновременно касаются земли. А паразитные колебания сглаживаются за счет переменного радиуса эллиптической ведущей шестерни 3 и переменного радиуса треугольная шестерня 11, а также за счет того, что ось 12 треугольной шестерни 11 закрепляется на шатуне 5.In this case, the output shaft 6 is fixed at the second end of the connecting rod 5 and is designed to move along the guide 7, which is part of the vibration damper housing. Thus, the mechanism and the described method allow you to simultaneously rotate the output shaft 6 and move it perpendicular to the axis of rotation so that the output shaft 6 is at its highest point at the moment when one of the supports 9 is in a vertical position and touches the ground, and is at the bottom the point when any two supports 9 simultaneously touch the ground. And parasitic vibrations are smoothed out due to the variable radius of the
Данный способ и все вышеперечисленные варианты механизмов устройства гасителя колебаний позволяют существенно снизить паразитные колебания: пространственные, силовые и скоростные.This method and all of the above options for vibration damper mechanisms can significantly reduce parasitic vibrations: spatial, force and speed.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118463A RU2804337C2 (en) | 2020-05-26 | Vibration dampener device for wheel-stepper motor | |
PCT/RU2021/000208 WO2021242141A1 (en) | 2020-05-26 | 2021-05-24 | Method and device for damping vibrations in a stepping wheel propulsion unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118463A RU2804337C2 (en) | 2020-05-26 | Vibration dampener device for wheel-stepper motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020118463A RU2020118463A (en) | 2021-11-26 |
RU2804337C2 true RU2804337C2 (en) | 2023-09-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4430902A (en) * | 1981-07-17 | 1984-02-14 | Mcclure Kenneth S | Apparatus and method of converting reciprocating motion to rotary motion |
CN103192897A (en) * | 2013-04-24 | 2013-07-10 | 吉林大学 | Bionic six-wheel-leg travelling mechanism |
RU2744646C2 (en) * | 2019-01-22 | 2021-03-12 | Ооо "Тетработ" | Method and device for vibration compensation for a wheel-stepper engine |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4430902A (en) * | 1981-07-17 | 1984-02-14 | Mcclure Kenneth S | Apparatus and method of converting reciprocating motion to rotary motion |
CN103192897A (en) * | 2013-04-24 | 2013-07-10 | 吉林大学 | Bionic six-wheel-leg travelling mechanism |
RU2744646C2 (en) * | 2019-01-22 | 2021-03-12 | Ооо "Тетработ" | Method and device for vibration compensation for a wheel-stepper engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN207328036U (en) | The suspended rack assembly and chassis vehicle of chassis vehicle | |
US9155403B2 (en) | Child motion apparatus | |
CN103661667A (en) | Smart quadruped robot with flexible waist | |
CN208088065U (en) | road roller | |
JP2018532638A (en) | Chassis with wheeled walking movement mechanism for moving on various support surfaces | |
JP2010530331A (en) | Lower end adjustment device for vehicle suspension | |
RU2804337C2 (en) | Vibration dampener device for wheel-stepper motor | |
RU2008140156A (en) | DEVICE FOR VERTICAL DEPRECIATION OF A TELESCOPIC ELEMENT REGARDING A FIXED ELEMENT | |
CN103010327B (en) | Single-motor driven climbing jumping robot | |
CN2780172Y (en) | Sitting type lower limb body-building apparatus | |
WO2021242141A1 (en) | Method and device for damping vibrations in a stepping wheel propulsion unit | |
CN214985626U (en) | Trackless flatcar capable of steering and automatically resetting | |
CN113864401B (en) | Ball screw type semi-active inertial device based on lever | |
CN204845627U (en) | Seat shock absorber rigidity adjusting device | |
CN208966292U (en) | Beam-pumping unit and balancing unit thereof | |
RU2744646C2 (en) | Method and device for vibration compensation for a wheel-stepper engine | |
CN203111425U (en) | Hand-cranking bicycle | |
RU2486095C1 (en) | Transport facility "gravity-driven vehicle" | |
CN104973153A (en) | Novel suspension system for tracked mobile robot | |
CN113700797B (en) | Rotary inerter with stepless and adjustable inerter coefficient | |
CN2236365Y (en) | Inertial vibrating mechanism with linear stimulation by eccentric axle | |
CN203528632U (en) | Eight-foot walking robot | |
SU1421598A1 (en) | Vehicle travelling gear | |
CN219291290U (en) | Shock-absorbing support frame of batching pot | |
CN118405185B (en) | Automatic steering device |