Патент на изобретение №2297974

(54) ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в составе подъемных механизмов, исполнительных механизмах роботов и манипуляторов, шагающих машин и других конструкциях. Механизм содержит привод, передаточную часть и исполнительную часть. Передаточная часть выполнена в виде, по меньшей мере, двух секций, каждая из которых состоит из шарнирного узла и установленных на нем с возможностью вращения рычагов. Шарнирный узел содержит, по меньшей мере, три оси или вала, оси вращения которых расположены в одной плоскости, углы между осями равны. Число осей в разных шарнирных узлах одного механизма равно. Рычаги, входящие в состав первой и последней секции, выполнены одноплечими или двуплечими. Рычаги, входящие в состав остальных секций, только двуплечие. Каждый одноплечий рычаг одним концом установлен с возможностью вращения на оси или валу шарнирного узла, а другим концом шарнирно связан с концом рычага смежной секции. Каждый двуплечий рычаг в средней части установлен с возможностью вращения на оси или валу шарнирного узла. Каждый рычаг в первой секции одним концом шарнирно связан с концом рычага следующей секции, а другим концом – с приводом. В последней секции каждый рычаг одним концом шарнирно связан с концом рычага предпоследней секции, а другим концом рычаг связан с исполнительной частью. В остальных секциях каждый рычаг одним концом шарнирно связан с концом рычага предыдущей секции, а другим – с концом рычага следующей секции. Направление вращения рычагов одной секции противоположно направлению вращения рычагов смежных секций. Результат направлен на улучшение эксплуатационных характеристик, упрощение конструкции за счет сокращения общего числа, а также типов элементов, входящих в состав шарнирно-рычажного механизма, повышение надежности и ресурса работы, и снижение материалоемкости. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в составе подъемных механизмов, исполнительных механизмах роботов и манипуляторов, шагающих машин и других конструкциях.

Известены шарнирно-рычажные механизмы, в частности подъемные, содержащие две паралельно расположенные и связанные между собой плоские конструкции, состоящие из одной или нескольких секций, каждая из которых состоит из двух перекрещивающихся плоскопараллельных рычагов, связанных друг с другом в средней части, с возможностью вращения, а концами рычагов – с концами рычагов смежных секций (см. патенты US 3664459 от 23.03.72, US 4114854 от 19.09.78, US 4175644 от 27.11.79).

Наиболее близким по своему техническому решению к заявляемому является раздвижной шарнирно-рычажный механизм, содержащий привод, передаточную часть и исполнительную часть, при этом передаточная часть выполнена в виде одной или нескольких последовательно расположенных секций, состоящих из, по меньшей мере, трех пар рычагов крестообразно расположенных и шарнирно соединенных в средней части, при этом в каждой паре рычагов два конца рычагов с одной стороны и два с противоположной шарнирно соединяются кронштейнами с двумя концами рычагов двух других пар, образуя объемную фигуру. Секции могут быть соединены друг с другом посредством тех же кронштейнов, соединяющих концы рычагов. Исполнительная часть выполнена в виде грузовой платформы (см. патент SU 1430338 А1 от 21.04.87 г., заявка ЕР №0329346, 08.23.89 г.). Данный механизм используется преимущественно в составе различных подъемных устройств.

Недостаток данного механизма – значительное количество элементов конструкции и управления, сложность приводного узла, повышенная материалоемкость.

Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик, упрощение конструкции за счет сокращения общего числа, а также типов элементов, входящих в состав шарнирно-рычажного механизма, повышение надежности и ресурса работы за счет иного пространственного расположения, снижение материалоемкости.

Технический результат достигается за счет того, что в шарнирно-рычажном механизме, содержащем привод, передаточную часть и исполнительную часть, передаточная часть выполнена в виде, по меньшей мере, двух секций, каждая из которых состоит из шарнирного узла и установленных на нем с возможностью вращения рычагов, при этом шарнирный узел содержит, по меньшей мере, три оси или вала, оси вращения которых расположены в одной плоскости, углы между осями равны, число осей в разных шарнирных узлах одного механизма равно, а рычаги, входящие в состав первой и последней секции, выполнены одноплечими или двухплечими, рычаги, входящие в состав остальных секций только двухплечие, причем каждый одноплечий рычаг одним концом установлен, с возможностью вращения, на оси или валу шарнирного узла, а другим концом шарнирно связан с концом рычага смежной секции, каждый двухплечий рычаг в средней части установлен, с возможностью вращения, на оси или валу шарнирного узла, в первой секции одним концом шарнирно связан с концом рычага следующей секции, а другим концом рычага – с приводом, в последней секции одним концом шарнирно связан с концом рычага предпоследней секции, а другим концом рычага связан с исполнительной частью, в остальных секциях одним концом рычаг шарнирно связан с концом рычага предыдущей секции, а другим с концом рычага следующей секции, при этом направление вращения рычагов одной секции противоположно направлению вращения рычагов смежных секций.

Шарнирный узел первой и/или последней секции может быть выполнен так, чтобы оси вращения шарнирного узла, расположенные в одной плоскости и имеющие равные межосевые углы, не пересекались в одной точке, а расстояние между точками крепления рычагов к шарнирному узлу превышало расстояние между аналогичными точками крепления рычагов других шарнирных узлов.

Двухплечие рычаги, установленные на осях одного шарнирного узла, могут быть равноплечими и неравноплечими, при этом одноименные плечи рычагов одной секции и связанные с ними плечи рычагов смежной секции имеют равную длину.

Геометрическая форма выполнения рычагов может быть различна. Так, для большей компактности конструкции в сложенном состоянии двухплечие рычаги могут быть выполнены с плечами, расположенными по разные стороны относительно плоскости проходящей через ось вращения шарнирного узла паралельно продольным осям каждого плеча.

Рычаги могут быть снабжены ограничительными упорами для фиксации положения рычагов и предотвращения раздвижения механизма на большую, чем требуется, величину.

Также шарнирно-рычажный механизм может отличаться конструкцией и расположением привода.

В частности привод может быть выполнен, например, в виде силового гидроцилиндра или винтового механизма, расположенного между двумя шарнирными узлами, или между основанием и шарнирным узлом.

Привод может быть выполнен в виде силовых гидроцилиндров, цилиндры которых подвижно закреплены в основании, а шток связан с рычагами.

Приводной узел может быть выполнен в виде зубчато-винтового механизма, состоящего из конической шестерни, связанной с силовым агрегатом и передающей вращательный момент на конические шестерни, установленные на осях шарнира, при этом оси имеют резьбу, а концы рычагов подвижно связанны с установленной на оси втулкой с резьбой.

Также возможно выполнение приводного узла в виде конических шестерен, установленных на осях шарнирного узла с закрепленными на них рычагами первого шарнира, и вращаемых одной конической шестерней, кинематически связанной с силовым агрегатом.

Возможно выполнение приводного узла в виде стакана с расположенными на его дне направляющими в виде канавок или бортиков, в количестве, равном количеству рычагов, сходящимися по спирали от внешних стенок стакана к его центру и установленных в направляющих с возможностью перемещения концов рычагов первой секции. В зависимости от направления вращения стакана концы рычагов будут стремиться к центру или стенкам стакана, соответственно раздвигая шарнирно-рычажный механизм или складывая его.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид шарнирно-рычажного механизма.

На фиг.2 – шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 3 оси вращения.

На фиг.3 показан шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 4 оси вращения.

На фиг.4 – шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 5 осей вращения.

На фиг.5 показан шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 12 осей вращения.

На фиг.6 – шарнирно-рычажный механизм, в котором вторые плечи рычагов каждой секции имеют меньшую длину, чем первые плечи тех же рычагов.

На фиг.7 показаны возможные геометрические формы выполнения рычагов.

На фиг.8 показаны варианты привода в виде силовых гидроцилиндров.

На фиг.9 – вариант привода в виде зубчато-винтового механизма.

На фиг.10 показан вариант привода с использованием конической зубчатой передачи.

На фиг.11 – вариант в виде стакана с расположенными на его дне направляющими.

На фиг.12 показаны варианты возможного использования шарнирно-рычажного механизма.

Шарнирно-рычажный механизм состоит из, по меньшей мере, двух секций 1, состоящих из шарнирного узла 2 и установленных на нем, с возможностью вращения рычагов 3. Шарнирный узел содержит, по меньшей мере, три оси или вала 4, оси вращения которых расположены в одной плоскости, а межосевые углы 5 равны. В разных шарнирных узлах одного механизма одинаковое количество осей. Рычаги, входящие в состав первой 6 и последней 7 секции, выполнены одноплечими 8 или двухплечими. Рычаги, входящие в состав остальных секций, только двухплечие 9. Каждый одноплечий рычаг одним концом установлен, с возможностью вращения, на оси или валу шарнирного узла, а другим концом шарнирно связан с концом рычага смежной секции, каждый двухплечий рычаг в средней части 10 установлен, с возможностью вращения, на оси или валу шарнирного узла, в первой секции одним концом шарнирно связан с концом рычага следующей секции, а другим концом рычага – с приводом 11, в последней секции одним концом шарнирно связан с концом рычага предпоследней секции, а другим концом рычага связан с исполнительной частью 12, в остальных секциях одним концом рычаг шарнирно связан с концом рычага предыдущей секции, а другим – с концом рычага следующей секции, при этом направление вращения рычагов одной секции противоположно направлению вращения рычагов смежных секций (фиг.1).

На фиг.2 показан шарнирно-рычажный механизм с двумя вариантами шарнирных узлов, содержащих 3 оси, в раздвинутом – вид сбоку 13, вид сверху 14, в аксонометрической проекции 15, и в сложенном 16 состоянии.

На фиг.3 показан шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 4 оси, в раздвинутом – вид сбоку 17, вид сверху 18, в аксонометрической проекции 19, и в сложенном 20 состоянии.

На фиг.4 показан шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 5 осей, в раздвинутом – вид сбоку 21, вид сверху 22, в аксонометрической проекции 23, и в сложенном 24 состоянии.

На фиг.5 показан шарнирно-рычажный механизм, шарнирный узел которого содержит 12 осей, в раздвинутом состоянии – вид сбоку 25, вид сверху 26, в аксонометрической проекции 27.

Шарнирный узел первой и/или последней секции может быть выполнен так, чтобы оси вращения 28 шарнирного узла, расположенные в одной плоскости и имеющие равные межосевые углы, не пересекались в одной точке, а расстояние между точками крепления 29 рычагов к шарнирному узлу превышало расстояние между аналогичными точками крепления 30 рычагов других шарнирных узлов (фиг.3).

Двухплечие рычаги, установленные на осях одного шарнирного узла, могут быть равноплечими и неравноплечими, при этом одноименные плечи рычагов одной секции и связанные с ними плечи рычагов смежной секции имеют равную длину. На фиг.6 показан шарнирно-рычажный механизм, в котором вторые плечи 31 рычагов каждой секции имеют меньшую длину, чем первые плечи 32 тех же рычагов, и равны длине первых плеч 33 рычагов следующей секции. Таким образом, достигается более устойчивая пирамидальная пространственная форма конструкции и более высокое передаточное отношение.

Геометрическая форма выполнения рычагов может быть различна. Так, для большей компактности конструкции в сложенном состоянии двухплечие рычаги могут быть выполнены с плечами 34, расположенными по разные стороны относительно плоскости, проходящей через ось вращения шарнирного узла параллельно продольным осям каждого плеча (фиг.7).

Рычаги могут быть снабжены ограничительными упорами 35 для фиксации положения рычагов и предотвращения раздвижения механизма на большую, чем требуется, величину (фиг.7).

Также шарнирно-рычажный механизм может отличаться конструкцией и расположением привода.

В частности привод может быть выполнен, например, в виде силового гидроцилиндра 36 или винтового механизма (не показан), между основанием 37 и шарнирным узлом 38 (фиг.8). При движении штока 39 гидроцилиндра или вращении оси винтового механизма шарнирный узел смещается, и угол поворота связанных с шарнирным узлом рычагов изменяется. Соответственно изменяется угол поворота рычагов смежной и последующих секций, и происходит изменение линейных размеров шарнирно-рычажного механизма в целом.

Привод может быть выполнен в виде нескольких силовых гидроцилиндров 40, цилиндры которых подвижно закреплены в основании, а каждый шток 41 связан с рычагом (фиг.8).

Привод может быть выполнен в виде зубчато-винтового механизма, состоящего из конической шестерни 42, связанной с силовым агрегатом 43 и передающей вращательный момент на конические шестерни 44, установленные на осях или валах 45 шарнирного узла, при этом валы имеют резьбу, а концы рычагов подвижно связанны с установленной на валах втулками 46 с резьбой (фиг.9). При вращении валов втулки смещаются вдоль продольной оси вала, изменяя, соответственно, угол поворота рычагов.

Также возможно выполнение привода с использованием конической зубчатой передачи, состоящей из конических шестерен 47, установленных на осях или валах 48 шарнирного узла с закрепленными на них рычагами 49 первого шарнирного узла, и вращаемых одной конической шестерней 50, кинематически связанной с силовым агрегатом 51 (фиг.10).

Возможно выполнение привода в виде связанного с силовым агрегатом стакана 52 с расположенными на его дне направляющими 53 в виде канавок или бортиков, в количестве, равном количеству рычагов, сходящимися по спирали от внешних стенок стакана к его центру и установленных, в направляющих с возможностью перемещения концов рычагов 54 первой секции. В зависимости от направления вращения стакана концы рычагов будут стремиться к центру или стенкам стакана, соответственно раздвигая шарнирно-рычажный механизм или складывая его (фиг.11).

Исполнительная часть может быть выполнена в виде, например, грузовой платформы 55, захватного устройства манипулятора 56, опорной платформы 57 (фиг.12).

На фиг.12 показаны варианты возможного использования механизма, в частности, в составе подъемных механизмов 58, манипуляторе промышленного робота 59, в качестве ноги шагающей машины 60, фермы спутниковой антенны 61.

Формула изобретения

1. Шарнирно-рычажный механизм, содержащий привод, передаточную часть и исполнительную часть, отличающийся тем, что передаточная часть выполнена в виде, по меньшей мере, двух секций, каждая из которых состоит из шарнирного узла и установленных на нем с возможностью вращения рычагов, при этом шарнирный узел содержит, по меньшей мере, три оси или вала, оси вращения которых расположены в одной плоскости, углы между осями равны, число осей в разных шарнирных узлах одного механизма равно, а рычаги, входящие в состав первой и последней секции, выполнены одноплечими или двуплечими, рычаги, входящие в состав остальных секций, только двуплечие, причем каждый одноплечий рычаг одним концом установлен с возможностью вращения на оси или валу шарнирного узла, а другим концом шарнирно связан с концом рычага смежной секции, каждый двуплечий рычаг в средней части установлен с возможностью вращения на оси или валу шарнирного узла, в первой секции одним концом шарнирно связан с концом рычага следующей секции, а другим концом рычаг связан с приводом, в последней секции одним концом шарнирно связан с концом рычага предпоследней секции, а другим концом рычаг связан с исполнительной частью, в остальных секциях одним концом рычаг шарнирно связан с концом рычага предыдущей секции, а другим – с концом рычага следующей секции, при этом направление вращения рычагов одной секции противоположно направлению вращения рычагов смежных секций.

2. Шарнирно-рычажный механизм по п.1, отличающийся тем, что шарнирный узел первой и/или последней секции может быть выполнен так, чтобы оси вращения шарнирного узла, расположенные в одной плоскости и имеющие равные межосевые углы, не пересекались в одной точке, а расстояние между точками крепления рычагов к шарнирному узлу превышало расстояние между аналогичными точками крепления рычагов других шарнирных узлов.

3. Шарнирно-рычажный механизм по п.1, отличающийся тем, что двуплечие рычаги, установленные на осях одного шарнирного узла, могут быть равноплечими и неравноплечими, при этом одноименные плечи рычагов одной секции и связанные с ними плечи рычагов смежной секции имеют равную длину.

4. Шарнирно-рычажный механизм по п.1, отличающийся тем, что рычаги снабжены ограничительными упорами для фиксации положения рычагов и предотвращения раздвижения механизма на большую, чем требуется, величину.

5. Шарнирно-рычажный механизм по п.1, отличающийся тем, что рычаги выполнены с плечами, расположенными по разные стороны относительно плоскости, проходящей через ось вращения шарнирного узла параллельно продольным осям каждого плеча.

РИСУНКИ