RU2750997C1 - Crank mechanism of variable structure - Google Patents

Crank mechanism of variable structure Download PDF

Info

Publication number
RU2750997C1
RU2750997C1 RU2020140661A RU2020140661A RU2750997C1 RU 2750997 C1 RU2750997 C1 RU 2750997C1 RU 2020140661 A RU2020140661 A RU 2020140661A RU 2020140661 A RU2020140661 A RU 2020140661A RU 2750997 C1 RU2750997 C1 RU 2750997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crank
connecting rod
length
equal
rack
Prior art date
Application number
RU2020140661A
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 RU2020140661A priority Critical patent/RU2750997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750997C1 publication Critical patent/RU2750997C1/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
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/38—Crank gearings; Eccentric gearings with means for temporary energy accumulation, e.g. to overcome dead-centre positions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.SUBSTANCE: crank mechanism of a variable structure is comprised of a closed four-link kinematic chain including a column, a crank arm, a driving and driven cranks and an apparatus for transitioning the mechanism through dead positions, made in form of an elastic element installed in a closed circuit of a hinged four-bar, the crank arm whereof is equipped with an adjustable apparatus for reproducing asymmetric closed curves.EFFECT: simplified design, increased working area and expanded kinematic and operational capabilities of a hinged crank mechanism of a variable structure are provided.10 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к шарнирным многозвенным механизмам и может быть использовано во вращательных приводах машин, обрабатывающих центрах, манипуляторах и работах для преобразования движений и воспроизведения различных несимметричных замкнутых кривых.The invention relates to mechanical engineering, namely to articulated multi-link mechanisms and can be used in rotary drives of machines, machining centers, manipulators and works for converting movements and reproducing various asymmetric closed curves.

Известен кривошипный механизм в виде шарнирного параллелограмма, преобразующего вращение ведущего кривошипа во вращение расположенного на стойке ведомого кривошипа (и подобного преобразования кривых присоединенным к смежным сторонам параллелограмма подобными треугольниками (книга Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987, с. 268, схема пантографа Сильвестра) - аналог.There is a known crank mechanism in the form of a hinged parallelogram that converts the rotation of the driving crank into rotation of the driven crank located on the rack (and a similar transformation of curves attached to the adjacent sides of the parallelogram with similar triangles (book Krainev A.F. 1987, p. 268, Sylvester's pantograph scheme) - analogue.

Недостатками известного механизма шарнирного параллелограмма его ограниченные функциональные способности из-за наличия в механизме зон особых (мертвых) положений, возникающих дважды за цикл при расположении шарниров всех звеньев на одной прямой линии, что приводит к полной неуправляемости его ведомого звена, перемещение которого становиться неопределенным, (книга Коловский М.З. и др. Теория механизмов и машин. - М.: «Академия», 2006, с. 62).The disadvantages of the known mechanism of the articulated parallelogram are its limited functional capabilities due to the presence in the mechanism of zones of special (dead) positions that arise twice per cycle when the hinges of all links are located on one straight line, which leads to the complete uncontrollability of its driven link, the movement of which becomes indeterminate, (book Kolovsky MZ and others. Theory of mechanisms and machines. - M .: "Academy", 2006, p. 62).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является кривошипный механизм изменяемой структуры, содержащий замкнутую четырехзвенную кинематическую цепь шарнирного соединенных между стойки, кривошипов и шатуна с устройством перехода механизма через мертвые положения, выполненным в виде комплекта из пяти круглых колес и неполных зубчатых секторов, замыкаемых и размыкаемых между собой посредством зубчатых зацеплений два раза за каждый цикл поворота ведущего кривошипа на 360 градусов (Ярошенко В.П. Устройство для вывода шарнирного четырехзвенника из мертвого положения. Авт. Свид. СССР No. 877176, Бюл. No. 40,1981) - прототип.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a crank mechanism of variable structure, containing a closed four-link kinematic chain of articulated between the struts, cranks and a connecting rod with a device for transition of the mechanism through the dead positions, made in the form of a set of five round wheels and incomplete gear sectors , closed and opened with each other by means of gearing two times for each cycle of rotation of the driving crank by 360 degrees (Yaroshenko V.P. Device for bringing the hinged four-link link out of the dead position. Ed. Certificate of the USSR No. 877176, Bul. No. 40, 1981) - prototype.

Недостатками указанного кривошипного механизма изменяемой структуры являются:The disadvantages of this variable structure crank mechanism are:

1. Сложная конструкция и высокая трудоемкость изготовления и стоимость кривошипного механизма из-за необходимости применения большого комплекта зубчатых колес и некруглых зубчатых секторов.1. Complex design and high labor intensity and cost of the crank mechanism due to the need to use a large set of gears and non-circular gear sectors.

2. Большие габариты и вес зубчатого устройства перехода через мертвые положения механизма.2. Large dimensions and weight of the gear device of transition through the dead positions of the mechanism.

3. Большие динамические нагрузки на узлы механизма и ограниченный срок его службы из-за сильных соударений зубчатых секторов при прохождении мертвых положений.3. Large dynamic loads on the components of the mechanism and its limited service life due to strong collisions of the toothed sectors during the passage of dead positions.

4. Ограниченная функциональность кривошипного механизма при воспроизведении несимметричных замкнутых кривых.4. Limited functionality of the crank mechanism when reproducing asymmetric closed curves.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции механизма, снижении его габаритов и веса, а также расширении его функциональных возможностей за счет автоматического перехода кривошипного шарнирного механизма через все мертвые положения в течении полного цикла его работы.The invention is based on a technical problem, which consists in simplifying the design of the mechanism, reducing its dimensions and weight, as well as expanding its functionality due to the automatic transition of the crank articulated mechanism through all dead positions during the full cycle of its operation.

Получение технического результата достигается за счет того, что предлагаемый кривошипный механизм-хамелеон изменяемой структуры (Х-механизм), включающий замкнутую четырехзвенную кинематическую цепь, состоящую из шарнирно соединенных между собой ведущего и ведомого кривошипов, шатуна и стойки; содержит устройство перехода механизма через мертвые положения выполненное в виде упругого элемента, установленного в замкнутом контуре кинематической цепи между звеньями шарнирного четырехзвенника, в котором сумма длин одной пары смежных звеньев равна сумме длин другой пары смежных звеньев, а шатун снабжен регулируемым устройством для воспроизведения несимметричных замкнутых кривых, установленным на шатуне с возможностью относительного перемещения и последующей фиксации. Положительный эффект заключается в том, что установленный между звеньями кинематической цепи четырехзвенника упругий элемент создает на эти звенья динамическое воздействие, обеспечивающее устойчивый переход механизма через все мертвые положения без размыкания кинематической цепи кривошипного шарнирного механизма.Obtaining the technical result is achieved due to the fact that the proposed crank mechanism-chameleon variable structure (X-mechanism), including a closed four-link kinematic chain, consisting of hinged leading and driven cranks, connecting rod and rack; contains a device for the transition of the mechanism through dead positions made in the form of an elastic element installed in a closed loop of the kinematic chain between the links of a hinged four-link, in which the sum of the lengths of one pair of adjacent links is equal to the sum of the lengths of another pair of adjacent links, and the connecting rod is equipped with an adjustable device for reproducing asymmetric closed curves mounted on the connecting rod with the possibility of relative movement and subsequent fixation. The positive effect lies in the fact that the elastic element installed between the links of the kinematic chain of the four-link mechanism creates a dynamic effect on these links, which ensures a stable transition of the mechanism through all dead positions without opening the kinematic chain of the crank hinge mechanism.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9.The essence of the invention is illustrated by drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, figs. 5, figs. 6, figs. 7, figs. 8 and FIG. nine.

На фиг. 1 изображен общий вид кривошипного механизма-хамелеона изменяемой структуры (Х-механизм), содержащего замкнутую четырехзвенную кинематическую цепь, включающую шарнирно соединенные между собой стойку 1, ведущий кривошип 2 (вращение со скоростью ω1), шатун 3, ведомый кривошип 4 (вращение со скоростью ω2) и устройство перехода механизма через мертвые (особые) положения, выполненное в виде упругого элемента. Шатун 3 снабжен регулируемым устройством для воспроизведения несимметричных замкнутых кривых, установленным на шатуне с возможностью относительного перемещения с последующей фиксацией и выполненным в виде двух шарнирно совмещенных между собой ползунов 5 и 6 с фиксаторами 7 и 8 своего положения, из которых ползун 5 подвижно установлен на шатуне 3, а другой ползун 6 содержит рабочий орган 9, установленный с возможностью углового поворота и последующей фиксации относительного шатуна 3.FIG. 1 shows a general view of a crank mechanism-chameleon of variable structure (X-mechanism), containing a closed four-link kinematic chain, including a pivotally connected rack 1, a driving crank 2 (rotation at a speed of ω 1 ), a connecting rod 3, a driven crank 4 (rotation with speed ω 2 ) and a device for the transition of the mechanism through the dead (special) positions, made in the form of an elastic element. The connecting rod 3 is equipped with an adjustable device for reproducing asymmetric closed curves, mounted on the connecting rod with the possibility of relative movement with subsequent fixation and made in the form of two slides 5 and 6 pivotally combined with each other with locks 7 and 8 of their position, of which the slider 5 is movably mounted on the connecting rod 3, and the other slider 6 contains a working member 9 installed with the possibility of angular rotation and subsequent fixation of the relative connecting rod 3.

В представленном на фиг. 1 варианте Х-механизма (тип X1) длина ведущего кривошипа 2 (равная O1A) и равная ей длина ведомого кривошипа 4 (равная О2В) выполнены меньше длины стойки 1 (равной расстоянию O1O2 между осями вращения кривошипов 2 и 4), длина шатуна 3 (равная АВ) равна длине стойки, а в замкнутой кинематической цепи О1АВО2 выполняется следующие соотношения между длинами звеньев:In the embodiment shown in FIG. 1 version of the X-mechanism (type X1), the length of the driving crank 2 (equal to O 1 A) and the equal length of the driven crank 4 (equal to O 2 B) are made less than the length of the rack 1 (equal to the distance O 1 O 2 between the axes of rotation of the cranks 2 and 4), the length of the connecting rod 3 (equal to AB) is equal to the length of the rack, and in the closed kinematic chain O 1 AVO 2 the following relations between the lengths of the links are fulfilled:

(О1А=O2B)<(АВ=О1О2), (О1А+АВ=О1О2+О2В), (АС=СВ)(O 1 A = O 2 B) <(AB = O 1 O 2 ), (O 1 A + AB = O 1 O 2 + O 2 B), (AC = CB)

Установленный в кинематическую цепь О1АВО2 упругий элемент выполнен в виде упругого звена 10, взаимодействующего с шатуном 3 и со стойкой 1 для образования шарнирного механизма с двумя за цикл реверсивными переходами в точке M1 (от параллелограммного механизма с постоянной угловой скоростью ω2=ω1 ведомого кривошипа 4 к антипараллелограммному механизму с переменной угловой скоростью ведомого кривошипа 4) и в точке М2 (наоборот, от антипараллелограммного механизма к параллелограммному). В полученном на фиг. 1 варианте выполнения Х-механизма установленный на шатун 3 рабочий орган 9 в своей точке Е воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружности (радиусом R=О1А=O2B) и половины лемнискаты Бернулли (при ее сечении прямой М1-М2).Installed in the kinematic chain О 1 ABO 2, the elastic element is made in the form of an elastic link 10, interacting with the connecting rod 3 and with the rack 1 to form a hinge mechanism with two reverse transitions per cycle at point M1 (from a parallelogram mechanism with a constant angular velocity ω 2 = ω 1 of the driven crank 4 to the antiparallelogram mechanism with variable angular velocity of the driven crank 4) and at point M2 (on the contrary, from the antiparallelogram mechanism to the parallelogram). In the case obtained in FIG. 1 embodiment of the X-mechanism, the working body 9 installed on the connecting rod 3 at its point E reproduces an asymmetric closed curve consisting of a combination of a semicircle (radius R = O 1 A = O 2 B) and a half of the Bernoulli lemniscate (when it is sectioned by a straight line M1-M2 ).

На фиг. 2 представлен вариант выполнения Х-механизма (тип Х-2), в котором длина ведущего кривошипа 11 (равная О1А) и равная ей длина ведомого кривошипа 12 (равная О2В) выполнена больше длины стойки 13 (равной расстоянию O1O2 между осями вращения кривошипов 11 и 12), длина шатуна 14 (равная АВ) равна длине O1O2 стойки, а упругий элемент составлен из двух пружин растяжения 15 и 16, которые одним концом совместно в точке N присоединены к ведущему кривошипу 11, а другим концом раздельно в точках O2 и В присоединены к ведомому кривошипу 12 для образования шарнирного четырехзвенника с двумя за цикл переходами в точках M1 и М2 от параллелограммного механизма (в точке M1) к антипараллелограммному механизму и обратному переходу (в точке М2) от антипараллелограммного механизма к параллелограммному механизму O1ABO2, в котором установленный на шатун 14 в точке С рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из полуокружности (радиусом r=O1A=О2В) в одной половине цикла и полуовала (в другой половине цикла) при выполнении соотношения длин звеньев шарнирного четырехзвенника O1ABO2:FIG. 2 shows an embodiment of the X-mechanism (type X-2), in which the length of the driving crank 11 (equal to O 1 A) and the length of the driven crank 12 equal to it (equal to O 2 B) is made greater than the length of the strut 13 (equal to the distance O 1 O 2 between the axes of rotation of the cranks 11 and 12), the length of the connecting rod 14 (equal to AB) is equal to the length O 1 O 2 of the strut, and the elastic element is composed of two tension springs 15 and 16, which are jointly connected at point N to the driving crank 11 at one end, and at the other end, separately at points O 2 and B, they are attached to the driven crank 12 to form a hinged four-link link with two transitions per cycle at points M1 and M2 from the parallelogram mechanism (at point M1) to the antiparallelogram mechanism and the reverse transition (at point M2) from the antiparallelogram mechanism to the parallelogram mechanism O 1 ABO 2 , in which the working body mounted on the connecting rod 14 at point C reproduces an asymmetrical closed curve consisting of a semicircle (with a radius of r = O 1 A = O 2 B) in one half cycle and semi-oval (in the other half of the cycle) when the ratio of the lengths of the links of the articulated four-link link O 1 ABO 2 is fulfilled:

O1A=O2B, АВ=О1О2, (O1O2+О1А)=(АВ+O2B)O 1 A = O 2 B, AB = O 1 O 2 , (O 1 O 2 + O 1 A) = (AB + O 2 B)

На фиг. 3 представлен вариант выполнения Х-механизма (тип Х-3), в котором длина ведущего кривошипа 17 (равная О1А) равна половине длины стойки 18 (равной О1О2), длина шатуна 19 (равная АВ) равна сумме длин стойки 18 и ведущего кривошипа 17 (АВ=О1О2+O1A), длина ведомого кривошипа 20 (равная O2B) равная длине стойки 18, равной расстоянию O1O2 между осями вращения кривошипов 17 и 20. Установленный в шарнирный четырехзвенник О1АВО2 упругий элемент выполнен в виде упругого звена 21, взаимодействующего с шатуном 19 и со стойкой 18 для образования шарнирного механизма с реверсивным переходом в точке М. Установленный на шатун 19 в точке С (где АС=СВ) рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую ракушечнообразной формы (на фиг. 1, а) дана кривая с периодом цикла Т=2π; на фиг. 1, б) дана двойная кривая с расширенным периодом цикла Т=4π). Между длинами звеньев X-механизма (тип Х-3) выполняются следующие соотношения:FIG. 3 shows an embodiment of the X-mechanism (type X-3), in which the length of the driving crank 17 (equal to O 1 A) is equal to half the length of the strut 18 (equal to O 1 O 2 ), the length of the connecting rod 19 (equal to AB) is equal to the sum of the strut lengths 18 and the driving crank 17 (AB = O 1 O 2 + O 1 A), the length of the driven crank 20 (equal to O 2 B) equal to the length of the rack 18, equal to the distance O 1 O 2 between the axes of rotation of the cranks 17 and 20. Installed in the articulated a four-link O 1 ABO 2 elastic element is made in the form of an elastic link 21, interacting with the connecting rod 19 and with the rack 18 to form a hinge mechanism with a reversible transition at point M. Installed on the connecting rod 19 at point C (where AC = CB), the working body reproduces an asymmetric a closed curve of a shell-like shape (in Fig. 1, a) is a curve with a cycle period T = 2π; in fig. 1, b) a double curve with an extended cycle period T = 4π is given). The following relationships are fulfilled between the lengths of the links of the X-mechanism (type X-3):

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004

На фиг. 4 представлен вариант выполнения Х-механизма (тип Х-4), в котором стойка 21 (длиной О1О2, равной расстоянию, между осями вращения ведущего кривошипа 22 и ведомого кривошипа 23) и ведомый кривошип 23 (длиной O2B) выполнены одинаковой длины (О1О2=O2B), ведущий кривошип 22 (длиной О1А) и шатун 24 (длиной АВ) выполнены одинаковой длины (О1А=АВ), превышающей длину стойки (О1А=АВ) > O1O2. Установленный в шарнирный четырехзвенник О1АВО2 упругий элемент 25 выполнен в виде упругого звена, взаимодействующего с шатуном 24 и со стойкой 21 для образования шарнирного механизма с точной внутрицикловой остановкой ведомого кривошипа 23, где (при совмещении ведущего кривошипа 22 с шатуном 24, а ведомого кривошипа 23 - со стойкой 21) исходный механизм превращается в двухзвенный. Между длинами звеньев X-механизма (тип Х-4) выполняются следующие соотношения:FIG. 4 shows an embodiment of the X-mechanism (type X-4), in which the rack 21 (length O 1 O 2 equal to the distance between the axes of rotation of the driving crank 22 and the driven crank 23) and the driven crank 23 (length O 2 B) are made the same length (O 1 O 2 = O 2 B), the driving crank 22 (length O 1 A) and the connecting rod 24 (length AB) are made of the same length (O 1 A = AB), exceeding the length of the strut (O 1 A = AB) > O 1 O 2 . Installed in the articulated four-link system O 1 AVO 2, the elastic element 25 is made in the form of an elastic link interacting with the connecting rod 24 and with the rack 21 to form a hinge mechanism with an accurate intracycle stop of the driven crank 23, where (when combining the driving crank 22 with the connecting rod 24, and the driven crank 23 - with a rack 21), the original mechanism turns into a two-link one. The following relationships are fulfilled between the lengths of the links of the X-mechanism (type X-4):

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007

За полный цикл поворота ведущего кривошипа 22 на 360 градусов установленный на шатун 24 рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружности радиусом R=ВС (в одном полупериоде при остановке ведомого кривошипа 23) и улиткообразной кривой (в другом полупериоде при вращении ведомого кривошипа 23), представляющей полуконхоиду окружности.For a full cycle of rotation of the driving crank 22 through 360 degrees, the working body mounted on the connecting rod 24 reproduces an asymmetrical closed curve consisting of a combination of a semicircle with a radius of R = BC (in one half-period when the driven crank 23 stops) and a coiled curve (in the other half-period when the driven crank rotates 23), which is a semi-conchoid of a circle.

На фиг. 5 представлен вариант выполнения Х-механизма (тип Х-5), в котором все звенья - ведущий кривошип 26, шатун 27, ведомый кривошип 28 и стойка 29 выполнены одинаковой длины, равной расстоянию между осями вращения ведущего кривошипа 26 и ведомого кривошипа 28, а упругий элемент выполнен в виде упругого звена 30, установленного между стойкой 29 и ведомым кривошипом 28 в его перпендикулярном относительно стойки 29 положении для образования шарнирного механизма с точкой внутрицикловой остановкой ведомого кривошипа 28, где (при совмещении ведущего кривошипа 26 с шатуном 27, а ведомого кривошипа 28 - со стойкой 29) данный четырехзвенный механизм превращается в двухзвенный. Между длинами звеньев X-механизма (тип Х-5) выполняются следующие соотношения:FIG. 5 shows an embodiment of the X-mechanism (type X-5), in which all links - the driving crank 26, the connecting rod 27, the driven crank 28 and the rack 29 are made of the same length, equal to the distance between the axes of rotation of the driving crank 26 and the driven crank 28, and the elastic element is made in the form of an elastic link 30 installed between the strut 29 and the driven crank 28 in its position perpendicular to the strut 29 to form a hinge mechanism with an intracycle stop point of the driven crank 28, where (when combining the driving crank 26 with the connecting rod 27, and the driven crank 28 - with a rack 29) this four-link mechanism turns into a two-link one. The following relationships are fulfilled between the lengths of the links of the X-mechanism (type X-5):

Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000008
Figure 00000009

Шатун 27 может быть выполнен криволинейно изогнутым по окружности постоянного радиуса, используемой в качестве круговой направляющей 31 для установки на нее подвижных ползунов с рабочим органом.The connecting rod 27 can be made curvilinearly bent around a circle of constant radius used as a circular guide 31 for mounting movable sliders with a working body on it.

За полный цикл поворота ведущего кривошипа на 360 градусов установленный на шатун 27 рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружности большего радиуса R=ВА (в одном полупериоде при вращении ведомого кривошипа 28 в четырехзвенном механизме) и полуокружность меньшего радиуса r=ВС (в другом полупериоде при остановке ведомого кривошипа 28 и превращении механизма в двухзвенный).For a full cycle of rotation of the driving crank through 360 degrees, the working body mounted on the connecting rod 27 reproduces an asymmetric closed curve consisting of a combination of a semicircle of a larger radius R = VA (in one half-period when the driven crank 28 rotates in a four-link mechanism) and a semicircle of a smaller radius r = BC ( in another half-period when the driven crank 28 stops and the mechanism turns into a two-link).

На фиг. 6 представлен вариант выполнения Х-механизма, в котором упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия 31, установленной между поршнем 32 и поворотным цилиндром 33 и взаимодействующей через указанные поршень 32 и поворотный цилиндр 33 со стойкой 34 и с шатуном 35.FIG. 6 shows an embodiment of the X-mechanism, in which the elastic element is made in the form of a compression spring 31 installed between the piston 32 and the rotary cylinder 33 and interacts through the indicated piston 32 and the rotary cylinder 33 with the post 34 and with the connecting rod 35.

На фиг. 7 представлен вариант выполнения Х-механизма, в котором упругий элемент выполнен в виде упругого кольца 36, предварительно сжимаемого по диаметру с двух сторон при установке упомянутого упругого кольца 36 в замкнутый контур шарнирного параллелограмма O1ABO2 между стойкой 37 и шатуном 38. При выполнении упругого кольца 36 круглой формы с диаметром, превышающим длину одного из кривошипов (О1А=O2B) в процессе его установки в замкнутый контур механизма происходит его сжатие и превращение его круглой формы в овальную, что приводит к созданию распорного усилия между стойкой 37 и шатуном 38, определяющего изменение структуры шарнирного механизма при его переходе через мертвые положения.FIG. 7 shows an embodiment of the X-mechanism, in which the elastic element is made in the form of an elastic ring 36, preliminarily compressed in diameter from both sides when the said elastic ring 36 is installed in the closed contour of the articulated parallelogram O 1 ABO 2 between the post 37 and the connecting rod 38. When performing an elastic ring 36 of a round shape with a diameter exceeding the length of one of the cranks (O 1 A = O 2 B) in the process of its installation in a closed loop of the mechanism, it is compressed and its round shape turns into an oval shape, which leads to the creation of a thrust force between the rack 37 and a connecting rod 38, which determines the change in the structure of the hinge mechanism when it passes through the dead positions.

На фиг. 8 представлен вариант выполнения Х-механизма, в котором упругий элемент выполнен в виде упругого звена 39, установленного между стойкой 40 и ведомым кривошипом 41 в его перпендикулярном, относительно стойки, положении и снабжен самотормозящейся винтовой кинематической парой для установочного регулирования усилия, создаваемого указанным упругим элементом.FIG. 8 shows an embodiment of the X-mechanism, in which the elastic element is made in the form of an elastic link 39 installed between the strut 40 and the driven crank 41 in its perpendicular position relative to the strut and is equipped with a self-braking helical kinematic pair for setting adjustment of the force created by the specified elastic element ...

На фиг. 9 представлен вариант выполнения Х-механизма, в котором шатун выполнен составным из двух подвижных между собой половин 43 и 44, из которых одна половина шатуна 43 сблокирована с цилиндром 45, другая половина шатуна 44 сблокирована с поршнем 46, а упругий элемент составлен из двух пружин сжатия 47 и 48, установленных с двух сторон поршня 46 и взаимодействующих с ведущим кривошипом 49 с одной стороны и с ведомым кривошипом 50 с другой стороны.FIG. 9 shows an embodiment of the X-mechanism, in which the connecting rod is made up of two halves 43 and 44 movable between themselves, of which one half of the connecting rod 43 is interlocked with the cylinder 45, the other half of the connecting rod 44 is interlocked with the piston 46, and the elastic element is composed of two springs compression 47 and 48, installed on both sides of the piston 46 and interacting with the driving crank 49 on one side and with the driven crank 50 on the other side.

Работа представленного кривошипного механизма изменяемой структуры (Х-механизм) заключается в следующем.The work of the presented variable structure crank mechanism (X-mechanism) is as follows.

Установленный в замкнутом контуре кинематической цепи упругий элемент, взаимодействующий со звеньями шарнирного четырехзвенника изменяемой структуры, при своей деформации создает дополнительное динамическое воздействие на соединяемые им звенья и расширяет функциональность механизма изменяемой структуры:An elastic element installed in a closed loop of a kinematic chain, interacting with the links of a hinged four-link structure of a variable structure, with its deformation creates an additional dynamic effect on the links connected by it and expands the functionality of the mechanism of a variable structure:

1. Обеспечивает устойчивый управляемый переход механизма через мертвые положения (возникающие в его крайних положениях при расположении шарниров всех звеньев на одной прямой линии).1. Provides a stable controlled transition of the mechanism through the dead positions (arising in its extreme positions when the hinges of all links are in one straight line).

2. Исключает возникновение в цикле неуправляемых положений и зон.2. Eliminates the occurrence of uncontrolled positions and zones in the cycle.

3. Обеспечивает полную работоспособность механизма во всем цикле при полном повороте ведущего кривошипа на 360° градусов и за счет этого воспроизводит несимметричные замкнутые кривые разной конфигурации (все кривые на фиг. 1, 2, 3 и 4 построены на действующих моделях Х-механизма).3. Provides full operability of the mechanism in the entire cycle with full rotation of the driving crank by 360 ° and thereby reproduces asymmetric closed curves of various configurations (all curves in Figs. 1, 2, 3 and 4 are built on operating models of the X-mechanism).

Достигаемый в предлагаемом Х-механизме положительный эффект заключается в следующем:The positive effect achieved in the proposed X-mechanism is as follows:

1. Упрощение конструкции механизма изменяемой структуры за счет исключения из его цикла неуправляемых положений ведомого кривошипа.1. Simplification of the structure of the variable structure mechanism by excluding uncontrolled positions of the driven crank from its cycle.

2. Снижение габаритов, веса и стоимости механизма изменяемой структуры.2. Reducing the size, weight and cost of the variable structure mechanism.

3. Расширение до полной рабочей зоны функционирования манипулятора.3. Expansion to the full working area of the manipulator.

4. Расширение кинематических возможностей шарнирного механизма за счет реализации различных законов движения ведомого вала, включая его вращение с точными внутрицикловыми остановками, а также его вращение с постоянной скоростью (водной части цикла) и с переменной (в другой части).4. Expansion of the kinematic capabilities of the hinge mechanism through the implementation of various laws of motion of the driven shaft, including its rotation with precise intracycle stops, as well as its rotation at a constant speed (in the water part of the cycle) and with a variable speed (in the other part).

5. Расширение функциональных возможностей шарнирного механизма за счет воспроизведения широкого семейства несимметричных замкнутых кривых в X-механизме изменяемой структуры (типа Х-1, Х-2, Х-3, Х-4 и Х-5).5. Expansion of the functionality of the hinge mechanism by reproducing a wide family of asymmetric closed curves in the X-mechanism of variable structure (such as X-1, X-2, X-3, X-4 and X-5).

Claims (10)

1. Кривошипный механизм изменяемой структуры, содержащий замкнутую четырехзвенную кинематическую цепь, включающую шарнирно соединенные между собой стойку, ведущий кривошип, шатун, поворотный относительно стойки ведомый кривошип и устройство перехода механизма через мертвые положения, отличающийся тем, что устройство перехода механизма через мертвые положения выполнено в виде упругого элемента, установленного в замкнутом контуре кинематической цепи между звеньями шарнирного четырехзвенника, в котором сумма длин одной пары смежных звеньев равна сумме длин другой пары смежных звеньев, а шатун снабжен регулируемым устройством для воспроизведения несимметричных замкнутых кривых, установленным на шатуне с возможностью относительного перемещения и последующей фиксации.1. A crank mechanism of a variable structure, containing a closed four-link kinematic chain, including a pivotally connected rack, a driving crank, a connecting rod, a driven crank rotatable relative to the rack and a device for transitioning the mechanism through dead positions, characterized in that the device for transitioning the mechanism through dead positions is made in the form of an elastic element installed in a closed loop of the kinematic chain between the links of a hinged four-link, in which the sum of the lengths of one pair of adjacent links is equal to the sum of the lengths of another pair of adjacent links, and the connecting rod is equipped with an adjustable device for reproducing asymmetric closed curves, mounted on the connecting rod with the possibility of relative movement and subsequent fixation. 2. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что устройство для воспроизведения несимметричных замкнутых кривых выполнено в виде двух шарнирно совмещенных между собой ползунов с фиксаторами своего положения, один из которых подвижно установлен на шатуне, а другой из упомянутых ползунов содержит рабочий орган, установленный с возможностью углового поворота и последующей фиксации относительно шатуна.2. The crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the device for reproducing asymmetric closed curves is made in the form of two hinged sliders combined with each other with latches of their position, one of which is movably mounted on the connecting rod, and the other of the mentioned sliders contains a working an organ installed with the possibility of angular rotation and subsequent fixation relative to the connecting rod. 3. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что длина ведущего кривошипа и равная ей длина ведомого кривошипа выполнена меньше длины стойки, длина шатуна равна длине стойки, равной расстоянию между осями вращения кривошипов, а упругий элемент выполнен в виде упругого звена, взаимодействующего с шатуном и со стойкой для образования шарнирного механизма с двумя за цикл реверсивными переходами от параллелограммного механизма к антипараллелограммному механизму и наоборот, в котором установленный на шатуне рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружности и половины лемнискаты Бернулли.3. Crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the length of the driving crank and the length of the driven crank equal to it is made less than the length of the strut, the length of the connecting rod is equal to the length of the strut, equal to the distance between the axes of rotation of the cranks, and the elastic element is made in the form of an elastic link , interacting with the connecting rod and with the rack to form a hinge mechanism with two reversible transitions per cycle from the parallelogram mechanism to the antiparallelogram mechanism and vice versa, in which the working body mounted on the connecting rod reproduces an asymmetric closed curve consisting of a combination of a semicircle and a half of a Bernoulli lemniscate. 4. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что длина ведущего кривошипа и равная ей длина ведомого кривошипа выполнена больше длины стойки, длина шатуна равна длине стойки, равной расстоянию между осями вращения кривошипов, а упругий элемент составлен из двух пружин растяжения, которые одним концом совместно присоединены к ведущему кривошипу, а другим концом раздельно присоединены к ведомому кривошипу для образования шарнирного четырехзвенника с двумя за цикл переходами от параллелограммного механизма к антипараллелограммному механизму и наоборот при сохранении направления вращения ведомого кривошипа, в котором установленный на шатун рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из полуокружности и полуовала.4. Crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the length of the driving crank and the length of the driven crank equal to it is made greater than the length of the rack, the length of the connecting rod is equal to the length of the rack, equal to the distance between the axes of rotation of the cranks, and the elastic element is composed of two tension springs , which at one end are jointly attached to the driving crank, and at the other end are separately attached to the driven crank to form an articulated four-link link with two per cycle transitions from the parallelogram mechanism to the antiparallelogram mechanism and vice versa while maintaining the direction of rotation of the driven crank, in which the working body mounted on the connecting rod reproduces an asymmetric closed curve consisting of a semicircle and a semicircle. 5. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что длина ведущего кривошипа равна половине длины стойки, длина шатуна равна сумме длин стойки и ведущего кривошипа, длина ведомого кривошипа равна длине стойки, равной расстоянию между осями вращения кривошипов, а упругий элемент выполнен в виде упругого звена, взаимодействующего с шатуном и со стойкой для образования шарнирного механизма с внутрицикловым реверсивным переходом, в котором установленный на шатун рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую ракушкообразной формы.5. Crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the length of the driving crank is equal to half the length of the strut, the length of the connecting rod is equal to the sum of the lengths of the strut and the driving crank, the length of the driven crank is equal to the length of the strut, equal to the distance between the axes of rotation of the cranks, and the elastic element is made in the form of an elastic link interacting with a connecting rod and with a stand to form a hinge mechanism with an intracycle reversible transition, in which the working body mounted on the connecting rod reproduces an asymmetric closed shell-shaped curve. 6. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что ведущий кривошип и шатун выполнены одинаковой длины, шатун и ведомый кривошип выполнены одинаковой длины, превышающей длину стойки, равную расстоянию между осями вращения кривошипа, а упругий элемент выполнен в виде упругого звена, взаимодействующего с шатуном и со стойкой для образования шарнирного механизма с точной внутрицикловой остановкой ведомого кривошипа, в котором установленный на шатун рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружности в одном полупериоде при остановке ведомого кривошипа и улиткообразной кривой в другом полупериоде при вращении ведомого кривошипа, представляющей полуконхоиду окружности.6. The crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the driving crank and the connecting rod are made of the same length, the connecting rod and the driven crank are made of the same length, exceeding the length of the rack, equal to the distance between the axes of rotation of the crank, and the elastic element is made in the form of an elastic link , interacting with the connecting rod and with the rack to form a hinge mechanism with an exact intracycle stop of the driven crank, in which the working body mounted on the connecting rod reproduces an asymmetric closed curve consisting of a combination of a semicircle in one half-period when the driven crank stops and a cochlear curve in the other driven half-period when rotating a crank representing a semiconchoid of a circle. 7. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что ведущий кривошип, шатун, ведомый кривошип и стойка выполнены одинаковой длины, равной расстоянию между осями вращения ведущего и ведомого кривошипов, а упругий элемент выполнен в виде упругого звена, установленного между стойкой и ведомым кривошипом в его перпендикулярном относительно стойки положении для образования шарнирного механизма с точной внутрицикловой остановкой ведомого кривошипа, в котором установленный на шатун рабочий орган воспроизводит несимметричную замкнутую кривую, состоящую из сочетания полуокружностей разного радиуса.7. Crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the driving crank, connecting rod, driven crank and rack are made of the same length, equal to the distance between the axes of rotation of the driving and driven cranks, and the elastic element is made in the form of an elastic link installed between the rack and a driven crank in its perpendicular position relative to the rack to form a hinge mechanism with an exact intracycle stop of the driven crank, in which the working body mounted on the connecting rod reproduces an asymmetric closed curve consisting of a combination of semicircles of different radii. 8. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, установленной между поршнем и поворотным цилиндром и взаимодействующей через упомянутые поршень и поворотный цилиндр со стойкой и с шатуном.8. Crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a compression spring installed between the piston and the rotary cylinder and interacting through the said piston and rotary cylinder with a stand and a connecting rod. 9. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент снабжен самотормозящей винтовой кинематической парой и выполнен в виде упругого звена, установленного между стойкой и ведомым кривошипом в его перпендикулярном, относительно стойки, положении.9. Variable structure crank mechanism according to claim 1, characterized in that the elastic element is equipped with a self-braking helical kinematic pair and is made in the form of an elastic link installed between the rack and the driven crank in its perpendicular position relative to the rack. 10. Кривошипный механизм изменяемой структуры по п. 1, отличающийся тем, что шатун выполнен составным из двух подвижных между собой половин, из которых одна половина шатуна сблокирована с цилиндром, другая половина шатуна сблокирована с поршнем, а упругий элемент составлен из двух пружин сжатия, установленных с двух сторон поршня и взаимодействующих с ведущим и ведомым кривошипами.10. The crank mechanism of variable structure according to claim 1, characterized in that the connecting rod is made up of two halves movable between themselves, of which one half of the connecting rod is interlocked with the cylinder, the other half of the connecting rod is interlocked with the piston, and the elastic element is composed of two compression springs, installed on both sides of the piston and interacting with the driving and driven cranks.
RU2020140661A 2020-12-08 2020-12-08 Crank mechanism of variable structure RU2750997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140661A RU2750997C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Crank mechanism of variable structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140661A RU2750997C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Crank mechanism of variable structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750997C1 true RU2750997C1 (en) 2021-07-07

Family

ID=76755899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140661A RU2750997C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Crank mechanism of variable structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750997C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU877176A1 (en) * 1980-01-21 1981-10-30 За витель „,877176 Apparatus for eliminating dead position of articulated four-link mechanism
ATE455258T1 (en) * 2005-09-03 2010-01-15 Christoph Schuhwerk CRANK DRIVE HAVING A DEVICE FOR PERIODICALLY CHANGING THE LENGTH OF THE EFFECTIVE LEVER THEREOF
RU2703582C2 (en) * 2015-06-18 2019-10-21 Афл Лист Гмбх Longitudinally adjustable connecting rod

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU877176A1 (en) * 1980-01-21 1981-10-30 За витель „,877176 Apparatus for eliminating dead position of articulated four-link mechanism
ATE455258T1 (en) * 2005-09-03 2010-01-15 Christoph Schuhwerk CRANK DRIVE HAVING A DEVICE FOR PERIODICALLY CHANGING THE LENGTH OF THE EFFECTIVE LEVER THEREOF
RU2703582C2 (en) * 2015-06-18 2019-10-21 Афл Лист Гмбх Longitudinally adjustable connecting rod

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105408559A (en) Apparatus for converting motion and building assembly comprising the same
JPS6213677A (en) Door closer
RU2007134395A (en) HIGH SPEED ROBOT OF PARALLEL KINEMATICS WITH FOUR MOVEMENTS
CA2923122A1 (en) Apparatus for converting motion
CN108161900B (en) Multi-axis mechanical arm and robot
RU2750997C1 (en) Crank mechanism of variable structure
RU186575U1 (en) SPATIAL MECHANISM
TW201121741A (en) Parallel mechanism
RU2740526C1 (en) Hinged crank mechanism
RU2774279C1 (en) Flat-spatial three-platform manipulator
CN206855479U (en) Mechanical joint
RU2247273C2 (en) Four-link mechanism
CN213269717U (en) Fork type shielding mechanism of two-stage scissors
RU2753064C1 (en) Pivot mechanism
RU2804700C1 (en) Folding multi-arm robot manipulator
CN105909111B (en) Power window actuating mechanism
RU2822681C2 (en) Vakhrushevs crank-and-rocker mechanism (embodiments)
RU2019145657A (en) Vakhrushevs&#39; crank-and-rocker mechanism (options)
Abdiraimov The variator with lever mechanisms
RU214144U1 (en) FOLDING MECHANISM WITH PARALLEL STRUCTURE WITH CIRCULAR GUIDE
RU2758377C1 (en) Spatial manipulator
RU203527U1 (en) SPATIAL MECHANISM WITH CONSTANT INPUT POINT OF THE WORKING BODY
CN219695331U (en) Heavy current test device
RU2751777C1 (en) Multi-circuit hinge mechanism
RU2749819C1 (en) Multiple transmission hinge