WO2020153878A2 - Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя - Google Patents

Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя Download PDF

Info

Publication number
WO2020153878A2
WO2020153878A2 PCT/RU2020/000024 RU2020000024W WO2020153878A2 WO 2020153878 A2 WO2020153878 A2 WO 2020153878A2 RU 2020000024 W RU2020000024 W RU 2020000024W WO 2020153878 A2 WO2020153878 A2 WO 2020153878A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output shaft
crank
fixed
gear
supports
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000024
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2020153878A3 (ru
Inventor
Дмитрий Александрович ГЕРТНЕР
Original Assignee
Дмитрий Александрович ГЕРТНЕР
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 Дмитрий Александрович ГЕРТНЕР filed Critical Дмитрий Александрович ГЕРТНЕР
Priority to US17/424,615 priority Critical patent/US20220120342A1/en
Priority to CN202080023300.5A priority patent/CN113613987A/zh
Publication of WO2020153878A2 publication Critical patent/WO2020153878A2/ru
Publication of WO2020153878A3 publication Critical patent/WO2020153878A3/ru

Links

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
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • 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
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H35/02—Gearings or mechanisms with other special functional features for conveying rotary motion with cyclically varying velocity ratio
    • 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
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/082—Planet carriers
    • 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
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/001—Gearings with eccentric mounted gears, e.g. for cyclically varying ratio

Definitions

  • the invention relates to mechanisms for converting rotary motion into other types of motion, in particular into uniform translational motion, and is intended to be used as a vibration compensator for wheel-step propellers.
  • wheel-step propellers it is assumed that different moving supports are used instead of the wheel rim.
  • the simplest version of such a propeller is a wheel without a rim, consisting of spokes, on which the propeller rests during its movement.
  • the absence of a rim gives a definite advantage when driving on uneven and uneven surfaces, but leads to the occurrence of unwanted vibrations of the axle and the entire structure. To get rid of these vibrations, an additional mechanism is needed - a vibration compensator.
  • the vehicle chassis contains stepper wheels.
  • Each wheel-step propeller consists of at least three supports fixed on a common shaft symmetrically relative to the axis of rotation of the shaft and obliquely to each other, forming the lateral edges of an imaginary pyramid.
  • the shaft is located at an angle to the support surface in such a way that no more than two supports from each wheel-ball propeller touch the support surface at the same time.
  • the shaft is fixed movably with the possibility of transverse movements and is kinematically connected with the vibration compensator.
  • the vibration damper is fixed to the chassis.
  • each pair has a common oscillation compensator, which consists of a common lever swinging on a stationary axle, fixed to the chassis frame.
  • the output shafts are driven into synchronous rotation from a common drive, and the supports on these shafts are installed in antiphase.
  • the disadvantage of this mechanism is the mandatory synchronization of the movement of the wheel-step propellers in its pair, which significantly complicates the movement on surfaces with complex relief.
  • such a scheme of paired arrangement and synchronization of the propellers makes it impossible to implement maneuvering by turning individual propellers relative to the vehicle chassis.
  • the vibration compensator consists of a lever swinging on a fixed axle, fixed to the chassis frame. At the free end of the lever is a hub in which the bearings rotate on the output shaft. A return spring acts on the top of the lever, and a cam mechanism consisting of three rollers and rotating on a shaft passing through the chassis frame acts on the bottom of the lever.
  • the shaft and the cam mechanism are driven from a common drive and rotate synchronously with the same frequency, which makes it possible to smooth out the vertical vibrations of the shaft.
  • the cam mechanism with the help of rollers lifts the lever up when the support touching the surface from the tilted position to the vertical position, and the return spring lowers the lever down when the support touching the surface from the vertical position moves to the tilted one.
  • the disadvantage of this mechanism is the rapid wear of the cam mechanism and the spring, a high coefficient of friction, as well as the presence of significant residual vertical oscillations of the output shaft.
  • the amplitude of these vibrations is at least 30% of the length of the supports.
  • the direct transmission of rotation of the input shaft to the output shaft creates significant fluctuations in the speed of movement of the support points at the ends of the supports relative to the mechanism body, since the supports, when rotating, touch the surface at different angles (from 30 to 90 degrees for three supports). This leads to the appearance of a two-fold change in the linear speed at a constant angular velocity of the input shaft, depending on the current position of the support, and, accordingly, the presence of at least double fluctuations in the load on the input shaft.
  • the operation of the mechanism assumes constant adhesion of the supports to the surface, which is not always possible.
  • the objective of the present invention is to create a fundamentally new method and device for compensation of vibrations, in which the disadvantages of the prototype will be eliminated: high wear of parts and coefficient of friction, and also the vertical vibrations of the shaft, high-speed vibrations and fluctuations of the load on the output shaft are minimized.
  • the output shaft 1 (Fig. 1) is fixed on the crank 2 driven by the input shaft 3.
  • the supports 4 are fixed on the output shaft 1.
  • the output shaft 1 is driven by the variator 6.
  • the variator 6 changes the angular velocity of the output shaft 1 depending on the current position of the crank 2 and its current angular velocity.
  • the crank 2 and the output shaft 1 are made with the possibility of rotation in the same direction, and the output shaft 1 rotates more slowly than the crank 2, in particular, when the number of supports 4 is equal to three for one full turn of the crank 2, the output shaft 1 must turn 1/3 of a turn but with a floating angular velocity.
  • the variator 6 should create the maximum angular speed in the upper position of the crank 2 when one of the supports 4 touching the surface 5 is in a vertical position, and the minimum angular speed in the lower position of the crank 2 when the two supports 4 simultaneously touch the surface 5. Subject to the data conditions and correctly selected parameters provide a solution to the tasks.
  • an electronic variator can be used to change the angular speed of the servo.
  • the electronic version is connected to an encoder that tracks the current position of crank 2 and its angular velocity relative to the body of the vibration compensation device.
  • the control rod 7 to control the variator 6 (Fig. 2).
  • the axis 8 of the connecting rod 7 must be fixed in the housing of the vibration compensation device in advance a certain distance from the input shaft 3. This distance allows you to adjust the nature of the change in the angular velocity of the output shaft 1.
  • the other end of the connecting rod 7 passes through the axis of the output shaft 1. Due to this arrangement, the angle between the connecting rod 7 and the crank 2 changes in accordance with the required change in the angular speed of the output shaft 1.
  • a variator 6 consisting of a planetary gear.
  • This planetary mechanism consists of a stationary sun gear 9 (Fig. 3), fixed on the housing of the vibration compensation device coaxially with the input shaft 3 and at least one satellite 10, fixed on the carrier.
  • the diameter of the satellite is proposed to be the same size as the diameter of the sun gear 9.
  • the crank is used as a carrier 2.
  • the rotation of the satellite can be used to change the angular velocity of the output shaft 1.
  • the vibration compensation device includes a planetary gear, a gearbox 11 is attached to the satellite 10 of the planetary gear, and the output shaft of the gearbox 11 is the output shaft 1.
  • One end of the control rod 7 interacts with the gearbox 1 1, in particular with one of its elements, and the second end of the connecting rod 7 is limited by an axis fixed relative to the body of the vibration compensation device. This axis can be the input shaft 3.
  • the end of the connecting rod 7 has a guide with a groove that allows the connecting rod 7 to pass through the input shaft 3. It is possible that the guide passes through an axis spaced at a predetermined distance from the input shaft 3.
  • control rod 7 is made with a variable length, for example, telescopic.
  • the second end of the connecting rod is freely attached to the axis of the input shaft 3 or to a separate axis.
  • a bearing can be used for free mounting.
  • the mechanisms of interaction of the opposite end of the control rod 7 with one of the elements of the gearbox 11 depend on the type of gearbox used. Further, with specific examples, it is shown how the control rod 7 and the planetary gear can be used to control the angular speed of the output shaft 1. The options shown under the options differ in the type of gearbox 11 and the methods of fastening the control rod 7. According to the first variant, a planetary gearbox is used as a reducer 11.
  • a simple planetary gearbox has three main components: a center sun gear, a carrier, and an ecicyclic center gear.
  • the satellite 10 (Fig. 4), on which the planetary gearbox is mounted, is simultaneously the central sun gear of this planetary gearbox.
  • the epicyclic gear 12 of the planetary gearbox is connected to the output shaft 1.
  • the end of the control rod 7 is fixed with the carrier 13.
  • At least one satellite is attached to the carrier 13
  • paired satellites 14 of different diameters can be used, forming a two-row planetary gearbox.
  • the satellite 10 In order for the planetary gear and the planetary gearbox not to interfere with each other, the satellite 10 must protrude above the sun gear 9, so that the carrier 13 with the satellite 14 can rotate around the satellite 10 without obstacles without touching the sun gear 9.
  • the ratio of the central epicyclic gear 12 to the central sun gear of the planetary gear should be 3 to 2. This ratio allows you to get 1/3 of the revolution of the output shaft 3 for one complete revolution of the input shaft 1.
  • the next sub-option involves the use of a different type of gearbox 11, consisting of a driven gear 15 (Fig. 5), located coaxially with the satellite 10 and connected to the output shaft 1.
  • the gearbox also includes a leading epicyclic gear 16.
  • the axle 17 of this gear is mounted eccentrically on satellite 10 at a predetermined distance from the output shaft 3 and with the teeth facing inward engages with the driven gear
  • FIG. 5 shows a method in which the driving epicyclic gear 16 has two pins 17 and 18, and the control rod 7 has a groove. This groove passes through both pins 17 and 18, so any turn of the control rod 7 automatically turns epicyclic gear 16 at the same angle. Such a groove can be at the other end of the control rod 7. and it can pass with this groove through the input shaft 3.
  • control rod 7 can be rigidly fixed with the epicyclic gear 16.
  • the ratio of the driving epicyclic gear 16 to the driven gear 15 should be 5 to 3. This ratio allows one to obtain 1/3 of the revolution of the output shaft 3 for one complete revolution of the input shaft 1.
  • next sub-option differs from the previous one in that instead of the leading epicyclic gear 16, gear 19 with teeth facing outward is used. Its axis is also located, but the gear 19 itself must be in a parallel plane relative to the driven gear 15. And the drive gear 19 and the driven gear 15 interact through one or more intermediate gear 20. The axis of the intermediate gear 20 is attached to the satellite 10. Otherwise, this and the previous under options are similar to each other. With the number of supports equal to three, the ratio of the driving gear 16 to the driven gear 15 is also 5 to 3.
  • FIG. 7 Another option concerns the shape of the planetary gears. It is proposed to use a stationary sun gear 21 (Fig. 7) of an elliptical shape. And a satellite 22 of the same elliptical shape and the same size that engages with it.
  • the use of an elliptical shape makes it possible to make a control rod 7 of a fixed size and without grooves. Both the crank 2 and the control rod 7 in this scheme have the same size and are attached eccentrically, at the focal points of these elliptical gears of the planetary mechanism, in opposite focuses.
  • a gearbox 11 is mounted on the satellite 22, which is controlled by a connecting rod 7 and rotates the output shaft 1 with supports 4.
  • the vibration compensation method is implemented as follows, which is the same for all of the above device variants: the output shaft 1 (Fig. 8) on which several supports are symmetrically fixed 4 rotates at the free end of the crank 2.
  • the crank 2 itself is driven into rotation by the input shaft 3.
  • the output shaft 1 rotate in the same direction and plane as the crank 2.
  • the output shaft 1 rotates slower than the crank 2, in particular when the number of supports 4 is equal to three for one full turn of the crank 2, the output shaft 1 should turn 1/3 of a turn, but with floating angular velocity.
  • the angular speed of the output shaft 1 is changed depending on the current position and the angular speed of the crank.
  • the change in the angular speed is made in such a way that the maximum angular speed of the output shaft 1 is in the upper position of the crank 2, in which one of the supports 4 is in a vertical position. And the minimum angular velocity of the output shaft 1 is obtained in the lower position of the crank 2 when the support 4 touches the surface at the smallest angle. The change in the angular velocity is carried out smoothly.
  • the rotation of the crank 2 in FIG. 8 is shown in the form of 4 main phases of rotation: 1st phase - turn from the upper vertical position by 45 degrees, 2nd phase - turn by the next 45 degrees to the horizontal position of the crank 2. 3rd phase - turn from the horizontal position the next 45 degrees down, and finally the 4th phase - the next 45 degrees to the bottom vertical position.
  • the greatest decrease in vibrations of both types (spatial and high-speed) when using three supports 4 is observed if:
  • the output shaft 3 will rotate approximately 6, 5-7, 5 degrees.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

В различных конструкциях колесно-шаговых движителей используются опоры вместо обода колеса. Отсутствие обода дает определенное преимущество при движении по неровным и нетвердым поверхностям, лестничным маршам, но приводит к возникновению нежелательных колебаний оси и всей конструкции при переставлении опор. Настоящее изобретение предназначено для применения в качестве устройства компенсации колебаний для колесно-шаговых движителей. В предлагаемом способе и устройстве компенсации колебаний - подвижный выходной вал, на котором закреплены опоры, помещается на свободном конце кривошипа. Выходной вал вращают в том же направлении и плоскости, что и кривошип, при этом выходной вал вращают медленнее чем кривошип, в частности при количестве опор равном трем за один полный оборот кривошипа выходной вал должен провернуться на 1/3 оборота, но с плавающей угловой скоростью. Угловую скорость вращения выходного вала изменяют в зависимости от текущей угловой скорости и положения кривошипа. Изменение угловой скорости производится плавно и таким образом, чтобы максимальная угловая скорость выходного вала была в верхнем положении кривошипа, а минимальную угловую скорость выходного вала получают в нижнем положении кривошипа. В показанных вариантах устройства компенсации колебаний угловую скорость выходного вала предлагается регулировать с помощью различных вариаторов или управляемых редукторов. В частности, предлагается использовать сервопривод с электронным вариатором, подключаемым к энкодеру. В других вариантах предлагается использовать управляющий шатун и/или планетарный механизм для управления механическим вариатором. Также предлагаются варианты управляемого редуктора, закрепляемого на планетарном механизме, в котором кривошип является водилом. Редуктор управляется шатуном. Рассматривается три различных под варианта редуктора. Предлагаемый способ и все вышеперечисленные варианты механизмов устройства компенсации колебаний позволяют исключить в устройстве кулачковые механизмы и пружины, уменьшить коэффициент трения и габариты устройства и существенно снизить колебания, как пространственные, так и скоростные.

Description

Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя
Описание.
Изобретение касается механизмов преобразования вращательного движения в иные виды движения, в частности в равномерное поступательное движение и предназначено для применения в качестве компенсатора 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 - компенсатор колебаний.
Известно «Шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями» (патент N° RU2 628 285С2), в котором предлагается несколько вариантов 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 трёх 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.
В одном варианте 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. 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.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является вариант компенсатора колебаний (патент N° RU2 628 285С2), в котором преобразуют вращение входного вала в сложное вращательно-возвратно-поступательное движение выходного вала, на котором закреплены опоры за счет кулачкового механизма. В данном варианте компенсатор колебаний состоит из рычага, качающегося на неподвижной оси, закрепленной на раме шасси. На свободном конце рычага закреплена ступица, в которой на выходном валу вращаются опоры. Сверху на рычаг действует возвратная пружина, а снизу на рычаг действует кулачковый механизм, состоящий из трех роликов и вращающийся на валу, проходящему через раму шасси. Вал и кулачковый механизм приводятся во вращение от общего привода и вращаются синхронно с одинаковой частотой, что позволяет сгладить вертикальные колебания вала. Кулачковый механизм с помощью роликов поднимает рычаг вверх когда опора, касающаяся поверхности из наклонного положения переходит в вертикальное, а возвратная пружина опускает рычаг вниз когда опора, касающаяся поверхности из вертикального положения переходит в наклонное.
Недостатком такого механизма является быстрый износ кулачкового механизма и пружины, высокий коэффициент трения, а также наличие существенных остаточных вертикальных колебаний выходного вала. В частности, амплитуда данных колебаний составляет не менее 30% от длины опор. Кроме того, прямая передача вращения входного вала на выходной вал создает значительные колебания в скорости перемещения опорных точек на концах опор относительно корпуса механизма, т.к. опоры при вращении касаются поверхности под разным углом (от 30 до 90 градусов для трех опор). Это приводит к возникновению двукратного изменения линейной скорости при постоянной угловой скорости входного вала в зависимости от текущего положения опоры, а соответственно и наличию как минимум двукратных колебаний нагрузки на входном валу. И наконец, работа механизма предполагает постоянное сцепление опор с поверхностью, что не всегда возможно.
Задачей настоящего изобретения является создание принципиально нового способа и устройства компенсации колебаний, в котором будут устранены недостатки прототипа: высокие износ деталей и коэффициент трения, а также максимально снижены вертикальные колебания вала, скоростные колебания и колебания нагрузки на выходном валу.
Указанные задачи достигаются тем, что в предлагаемом устройстве компенсации колебаний выходной вал 1 (фиг. 1) закреплен на кривошипе 2, приводимом во вращение входным валом 3. Опоры 4 закреплены на выходном валу 1. При вращении выходного вала 1 одна либо две опоры 4 касаются поверхности 5. Выходной вал 1 приводится во вращение вариатором 6. Вариатор 6 изменяет угловую скорость выходного вала 1 в зависимости от текущего положения кривошипа 2 и его текущей угловой скорости. При этом кривошип 2 и выходной вал 1 выполнены с возможностью вращения в одном направлении, а выходной вал 1 вращается медленнее чем кривошип 2, в частности при количестве опор 4 равном трем за один полный оборот кривошипа 2 выходной вал 1 должен провернуться на 1/3 оборота, но с плавающей угловой скоростью. Максимальную угловую скорость вариатор 6 должен создавать в верхнем положении кривошипа 2, когда одна из опор 4, касающаяся поверхности 5 находится в вертикальном положении, а минимальную угловую скорость — в нижнем положении кривошипа 2, когда две опоры 4 одновременно касаются поверхности 5. При соблюдении данных условий и правильно подобранных параметров обеспечивается решение поставленных задач.
Если выходной вал 1 приводится во вращение отдельным приводом, например электрическим сервоприводом, то для изменения угловой скорости сервопривода может быть использован электронный вариатор. Для регулирования скорости вращения сервопривода - электронный вариант подключается к энкодеру, отслеживающему текущее положение кривошипа 2 и его угловую скорость относительно корпуса устройства компенсации колебаний.
В случае, если выходной вал 1 получает мощность и приводится во вращение от входного вала 3 через трансмиссию и вариатор 6, то для управления вариатором 6 предлагается использовать управляющий шатун 7 (фиг. 2). Для этого ось 8 шатуна 7 должна быть закреплена в корпусе устройства компенсации колебаний на заранее определенном расстоянии от входного вала 3. Данное расстояние позволяет отрегулировать характер изменения угловой скорости выходного вала 1. Другой конец шатуна 7 проходит через ось выходного вала 1. Благодаря данной компоновке угол между шатуном 7 и кривошипом 2 изменяется в соответствии с требуемым изменением угловой скорости выходного вала 1.
Другой вариант управления угловой скоростью выходного вала 1 возможен с помощью вариатора 6, состоящего из планетарного механизма. Данный планетарный механизм состоит из неподвижной солнечной шестерни 9 (фиг. 3), закрепленной на корпусе устройства компенсации колебаний соосно с входным валом 3 и по меньшей мере одного сателлита 10, закрепленного на водиле. Диаметр сателлита предлагается использовать такого же размера, что и диаметр солнечной шестерни 9. В качестве водила используется кривошип 2. Вращение сателлита может быть использовано для изменения угловой скорости выходного вала 1.
Далее показаны варианты, в которых вариатор заменен на редуктор, управляемый шатуном 7. В общем случае устройство компенсации колебаний включает в себя планетарный механизм, на сателлите 10 планетарного механизма крепится редуктор 11 , а выходной вал редуктора 11 является выходным валом 1. Один конец управляющего шатуна 7 взаимодействует с редуктором 1 1 , в частности с одним из его элементов, а второй конец шатуна 7 ограничивается осью, неподвижной относительно корпуса устройства компенсации колебаний. Данная ось может являться входным валом 3. В этом случае конец шатуна 7 имеет направляющую с пазом, который позволяет шатуну 7 проходить через входной вал 3. Возможен вариант, при котором направляющая проходит через ось, отстоящую на заранее определенном расстоянии от входного вала 3. Также возможен вариант, при котором управляющий шатун 7 выполнен с изменяемой длиной, например телескопическим. В этом случае второй конец шатуна свободно крепится на оси входного вала 3 либо на отдельной оси. Для свободного крепления может быть использован подшипник. Механизмы взаимодействия противоположного конца управляющего шатуна 7 с одним из элементов редуктора 11 зависят от типа используемого редуктора. Далее на конкретных примерах показано каким образом могут быть использованы управляющий шатун 7 и планетарный механизм для управления угловой скорости выходного вала 1. Показанные под варианты отличаются типом редуктора 11 и способами крепления управляющего шатуна 7. По первому под варианту в качестве редуктора 11 использован планетарный редуктор. Простой планетарный редуктор имеет три основных элемента: центральную солнечную шестерню, водило и экпициклическую центральную шестерню. В показанном примере сателлит 10 (фиг. 4), на котором крепится планетарный редуктор одновременно является центральной солнечной шестерней данного планетарного редуктора. А эпициклическая шестерня 12 планетарного редуктора соединена с выходным валом 1. При этом конец управляющего шатуна 7 фиксируется с водилом 13. На водиле 13 закреплен по меньшей мере один сателлит
14. Для получения необходимого передаточного числа на водиле 13 могут быть использованы парные сателлиты 14 разного диаметра, образуя двухрядный планетарный редуктор. Для того чтобы планетарный механизм и планетарный редуктор не мешали друг другу - сателлит 10 должен выступать над солнечной шестерней 9, чтобы водило 13 с сателлитом 14 могло без препятствий делать обороты вокруг сателлита 10 не задевая солнечную шестерню 9. При количестве опор 4 равном трем и равном диаметре шестерен 9 и 10 - соотношение центральной эпициклической шестерни 12 к центральной солнечной шестерне планетарного редуктора должно составлять 3 к 2. Данное соотношение позволяет получить 1/3 оборота выходного вала 3 за один полный оборот входного вала 1.
Следующий под вариант предполагает использование иного типа редуктора 11, состоящего из ведомой шестерни 15 (фиг. 5), расположенной соосно с сателлитом 10 и соединенной с выходным валом 1. Редуктор также включает в себя ведущую эпициклическую шестерню 16. Ось 17 данной шестерни крепится эксцентрически на сателлите 10 на заранее определенном расстоянии от выходного вала 3 и зубьями, обращенными внутрь входит в зацепление с ведомой шестерней
15. Расстояние от оси 17 до центра ведомой шестерни 15 влияет на характер изменения угловой скорости выходного вала 3. Конец управляющего шатуна 7 взаимодействует с ведущей эпициклической шестерней 16. Данное взаимодействие заключается в том, что управляющий шатун 7 задает направление ведущей эпициклической шестерне 16. Способов как это может быть сделано есть несколько, каждый из них не меняет сути настоящего изобретение. На фиг. 5 показан способ, при котором на ведущей эпициклической шестерней 16 есть две цапфы 17 и 18, а управляющий шатун 7 имеет паз. Данный паз проходит через обе цапфы 17 и 18, таким образом любой поворот управляющего шатуна 7 автоматически поворачивает эпициклическую шестерню 16 на такой же угол. Такой паз может быть на другом конце управляющего шатуна 7. и он может этим пазом проходить через входной вал 3. В этом случае управляющий шатун 7 может быть жестко зафиксирован с эпициклической шестерней 16. При количестве опор 4 равном трем и равном диаметре шестерен 9 и 10 - соотношение ведущей эпициклической шестерни 16 к ведомой шестерне 15 должно составлять 5 к 3. Данное соотношение позволяет получить 1/3 оборота выходного вала 3 за один полный оборот входного вала 1.
Следующий под вариант отличается от предыдущего тем, что вместо ведущей эпициклической шестерни 16 использована шестерня 19 с зубьями, обращенными наружу. Её ось расположена также, но сама шестерня 19 должна находится в параллельной плоскости относительно ведомой шестерни 15. А взаимодействуют ведущая шестерня 19 и ведомая шестерня 15 через одну или более промежуточную шестерню 20. Ось промежуточной шестерни 20 крепится на сателлите 10. В остальном данный и предыдущий под варианты аналогичны друг другу. При количестве опор равном трем соотношение ведущей шестерни 16 к ведомой шестерне 15 также составляет 5 к 3.
Еще один вариант касается формы шестерен планетарного механизма. Предлагается использовать неподвижную солнечную шестерню 21 (фиг. 7) эллиптической формы. И входящую в зацепление с ней сателлита 22 такой же эллиптической формы и такого же размера. Использование эллиптической формы позволяет сделать управляющий шатун 7 фиксированного размера и без пазов. И кривошип 2 и управляющий шатун 7 в данной схеме имеют одинаковый размер и крепятся эксцентрично, в точках фокуса данных эллиптических шестерён планетарного механизма, в противоположных фокусах. На сателлите 22 крепится редуктор 11 , который управляется шатуном 7 и вращает выходной вал 1 с опорами 4.
Способ компенсации колебаний реализуется следующим образом, одинаковом для всех вышеперечисленных вариантов устройства: выходной вал 1 (фиг.8) на котором симметрично закреплены несколько опор 4 вращается на свободном конце кривошипа 2. Сам кривошип 2 приводится во вращение входным валом 3. При этом выходной вал 1 вращают в том же направлении и плоскости что и кривошип 2. Но выходной вал 1 вращают медленнее чем кривошип 2, в частности при количестве опор 4 равном трем за один полный оборот кривошипа 2 выходной вал 1 должен провернуться на 1/3 оборота, но с плавающей угловой скоростью. Угловую скорость выходного вала 1 изменяют в зависимости от текущего положения и угловой скорости кривошипа. Изменение угловой скорости производится таким образом, чтобы максимальная угловая скорость выходного вала 1 была в верхнем положении кривошипа 2, при котором одна из опор 4 находится в вертикальном положении. А минимальную угловую скорость выходного вала 1 получают в нижнем положении кривошипа 2, когда опора 4 касается поверхности под наименьшим углом. Изменение угловой скорости производится плавно.
Для наглядности поворот кривошипа 2 на фиг. 8 показан в виде 4-ех основных фаз вращения: 1-я фаза - поворот из верхнего вертикального положения на 45 градусов, 2-я фаза - поворот на следующие 45 градусов до горизонтального положения кривошипа 2. 3-я фаза - поворот из горизонтального положения на следующий 45 градусов вниз, и наконец 4-я фаза - поворот на следующие 45 градусов в нижнее вертикальное положение. Наибольшее снижение колебаний обоих типов (пространственного и скоростного) при использовании трех опор 4 наблюдается, если:
в 1-й фазе выходной вал 3 повернется примерно на 22-23 градуса
во 2-й фазе выходной вал 3 повернется на 17-18 градусов
в 3-й фазе выходной вал 3 повернется примерно на 11-12 градусов
и в 4-й фазе выходной вал 3 повернется примерно на 6, 5-7, 5 градуса.
При движении кривошипа 2 из нижнего положения в верхнее поворот выходного вала 1 осуществляется аналогичным образом - в нижнем положении наименьший угол вращения, в верхнем - наибольший.
Данный способ и все вышеперечисленные варианты механизмов устройства компенсации колебаний позволяют исключить в предлагаемом устройстве кулачковые механизмы и пружины, уменьшить коэффициент трения и габариты устройства и существенно снизить колебания, как пространственные, так и скоростные.
Благодаря показанным решениям и оптимально подобранным параметрам - вертикальные колебания удается снизить до 5% от длины опор, а колебания линейной скорости опорных точек можно снизить до 6,5% от их средней скорости.

Claims

Формула изобретения
1. Способ компенсации колебаний колесно-шагового движителя заключается в том, что выходной вал, на котором симметрично закреплены несколько опор закрепляют на свободном конце кривошипа, вращаемого входным валом, при этом выходной вал вращают в том же направлении и плоскости что и кривошип, но угловую скорость выходного вала изменяют в зависимости от положения и угловой скорости кривошипа.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что за один полный оборот кривошипа выходной вал поворачивают на 1/п оборота, где п - это количество опор, закрепленных на выходном валу.
3. Способ по п.1 отличающийся тем, что максимальную угловую скорость выходного вала развивают в верхнем положении кривошипа, при котором одна из опор, касающаяся поверхности находится в вертикальном положении, а минимальную угловую скорость получают в нижнем положении кривошипа, когда две опоры одновременно касаются поверхности.
4. Устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя, состоящего из нескольких опор, симметрично закрепленных на выходном валу, закрепленном с возможностью поперечных движений, включает в себя:
кривошип, приводимый в движение входным валом, а на свободном конце кривошипа закреплен выходной вал, при этом выходной вал приводится во вращение через вариатор, меняющий угловую скорость выходного вала в зависимости от текущего положения кривошипа и его угловой скорости.
5. Устройство компенсации колебаний по п. 4, отличающееся тем, что включает в себя энокдер, определяющий положение кривошипа и его угловую скорость, а вариатором является сервопривод, включающий в себя электронный вариатор, который подключен к энкодеру.
6. Устройство компенсации колебаний по п. 4, отличающееся тем, что вариатор включает в себя управляющий шатун, вращаемый кривошипом, при этом неподвижная ось шатуна закреплена на заранее определенном расстоянии от входного вала.
7. Устройство компенсации колебаний по п. 4, отличающееся тем, что вариатор включает в себя планетарный механизм, состоящий из неподвижной солнечной шестерни, закрепленной на корпусе устройства компенсации колебаний, водила и по меньшей мере одного сателлита, закрепленного на водиле, при этом водилом является кривошип.
8. Устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя, состоящего из нескольких опор, симметрично закрепленных на выходном валу, закрепленном с возможностью поперечных движений, включает в себя: планетарный механизм, состоящий из неподвижной солнечной шестерни, закрепленной на корпусе устройства компенсации колебаний соосно с входным валом, сателлита, входящего в зацепление с неподвижной солнечной шестерной такого же размера, закрепленного на кривошипе, являющемся водилом,
редуктор, закрепленный на сателлите, при этом выход редуктора соединен с выходным валом,
управляющий шатун, один конец которого взаимодействует с редуктором, а второй конец ограничивается осью, неподвижной относительно корпуса устройства компенсации колебаний.
9. Устройство компенсации колебаний по п. 8, отличающееся тем что второй конец управляющего шатуна свободно закреплен на оси входного вала, при этом управляющий шатун выполнен с изменяемой длиной.
10. Устройство компенсации колебаний по п. 8, отличающееся тем что редуктор выполнен в виде планетарного редуктора, конец управляющего шатуна зафиксирован с его водилом, одна центральная шестерня зафиксирована с сателлитом планетарного механизма, а вторая центральная шестерня соединена с выходным валом.
11. Устройство компенсации колебаний по п. 10, отличающееся тем что при количестве опор равном трем соотношение центральных шестерен планетарного редуктора составляет 3 к 2.
12. Устройство компенсации колебаний по п. 8, отличающееся тем что редуктор состоит из: ведомой шестерни, расположенной соосно с сателлитом и соединенной с выходным валом, ведущей эпициклической шестерни, входящей в зацепление с ведомой шестерней, при этом центр ведущей эпициклической шестерни сдвинут по отношению к центру ведомой шестерни, конец управляющего шатуна взаимодействует с данной эпициклической шестерней, а ось данной эпициклической шестерни эксцентрично зафиксирована на сателлите.
13. Устройство компенсации колебаний по п. 12, отличающееся тем что при количестве опор равном трем соотношение ведущей эпициклической шестерни к ведомой шестерне составляет 5 к 3.
14. Устройство компенсации колебаний по п. 8, отличающееся тем что редуктор состоит из:
ведомой шестерни, расположенной соосно с сателлитом и соединенной с выходным валом,
ведущей шестерни, находящейся относительно ведомой шестерней в параллельной плоскости, центр ведущей шестерни сдвинут по отношению к центру ьедомой шестерни, при этом конец управляющего шатуна зафиксирован с данной ведущей шестерней, а ось данной ведущей шестерни эксцентрично зафиксирована на сателлите,
по меньшей мере одной промежуточной шестерни, находящейся в одновременном зацеплении с ведомой и ведущей шестернями, ось промежуточной шестерни зафиксирована на сателлите.
15. Устройство компенсации колебаний по п. 14, отличающееся тем что при количестве опор равном трем соотношение ведущей шестерни к ведомой шестерне составляет 5 к 3.
16. Устройство компенсации колебаний по п. 8, отличающееся тем что планетарный механизм состоит из неподвижной солнечной шестерни эллиптической формы, сателлита, входящего в зацепление с неподвижной солнечной шестерной такого же размера и такой же эллиптической формы, при этом обе шестерни соединены двумя шатунами фиксированной длины, закрепленными на данных шестернях эксцентрично, один из этих шатунов является одновременно кривошипом и води лом, а второй шатун является управляющим шатуном.
PCT/RU2020/000024 2019-01-22 2020-01-22 Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя WO2020153878A2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/424,615 US20220120342A1 (en) 2019-01-22 2020-01-22 Oscillation compensating method and device for a stepping wheel propulsion unit
CN202080023300.5A CN113613987A (zh) 2019-01-22 2020-01-22 轮式步进推进装置的振动补偿方法及装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101727 2019-01-22
RU2019101727A RU2744646C2 (ru) 2019-01-22 2019-01-22 Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2020153878A2 true WO2020153878A2 (ru) 2020-07-30
WO2020153878A3 WO2020153878A3 (ru) 2020-09-10

Family

ID=71736399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000024 WO2020153878A2 (ru) 2019-01-22 2020-01-22 Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220120342A1 (ru)
CN (1) CN113613987A (ru)
RU (1) RU2744646C2 (ru)
WO (1) WO2020153878A2 (ru)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2038248C1 (ru) * 1992-04-30 1995-06-27 Виктор Григорьевич Анопченко Колесно-шагающий движитель
US6478314B1 (en) * 1998-02-11 2002-11-12 Joseph C. Klann Walking device
US6964309B2 (en) * 2001-06-04 2005-11-15 Biorobots, Llc Vehicle with compliant drive train
DE202004010935U1 (de) * 2004-07-12 2004-10-14 Pfefferle, Horst Gehvorrichtung
US7503567B2 (en) * 2007-04-16 2009-03-17 Frankie Thomas T Automated wheelchair
CN101708745B (zh) * 2009-12-16 2011-11-09 安徽工业大学 双直杆腿步行轮
CN103192897B (zh) * 2013-04-24 2015-04-08 吉林大学 仿生六轮腿行走机构
CN204037253U (zh) * 2014-02-20 2014-12-24 青岛海艺自动化技术有限公司 基于周转轮系的轮桨腿复合构型两栖机器人
CN204279688U (zh) * 2014-11-05 2015-04-22 沈阳理工大学 一种应用于采摘园运输的多齿多轴承行星轮结构智能车
RU2628285C2 (ru) * 2015-10-12 2017-08-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Эландис" Шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями

Also Published As

Publication number Publication date
CN113613987A (zh) 2021-11-05
RU2019101727A (ru) 2020-07-22
RU2019101727A3 (ru) 2021-01-18
US20220120342A1 (en) 2022-04-21
WO2020153878A3 (ru) 2020-09-10
RU2744646C2 (ru) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105190094B (zh) 周转齿轮系
US5685794A (en) Transmission mechanism
EP0222812B1 (en) Variable phase and oscillatory drives
DE68923612D1 (de) Kontinuierlich veränderliches getriebe.
CN113741163A (zh) 带有弹性指针的钟表显示机构
RU2744646C2 (ru) Способ и устройство компенсации колебаний для колесно-шагового движителя
CN108654112A (zh) 一种可调节式s字形轨迹无碳小车
MX2007014989A (es) Reductor de engrane tipo palanca.
US5685472A (en) Feeding device for processing a continuous moving web in a station in which the web is acted on while in a standstill position
US11339859B2 (en) Infinitely variable transmission with uniform input-to-output ratio that is non-dependant on friction
CN1920332A (zh) 齿轮式双匀速摆线无级变速器
RU2804337C2 (ru) Устройство гаситель колебаний для колесно-шагового движителя
JP2023512775A (ja) 摩擦に依存しない均一的な入出力比を有する変速比無限大変速機
CN110529567B (zh) 用于变速质量阻尼系统的变加速度曲面螺旋齿轮传动机构
WO2021242141A1 (ru) Способ и устройство гасителя колебаний для колесно-шагового движителя
US11047369B1 (en) Multiple torques inertial thruster engine and methodology
US20040235603A1 (en) Continuously variable transmission
US4206660A (en) Infinitely variable (from zero up) transmissions, with constant or harmonic power input and a chain gear multiaction cam
US20150126317A1 (en) Planetary gear self-actuated control drive-type continuously variable transmission mechanism
US3046804A (en) Power transmission mechanism
CN206947537U (zh) 一种天线传动装置及多频天线
CN100585228C (zh) 将单动力源输入转化为多自由度输出的传动机构
JP3698274B2 (ja) カムタイミング可変装置
CN109282005A (zh) 一种无级变速器
RU2193127C1 (ru) Преобразующий дифференциальный механизм

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20744554

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20744554

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2