Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев

Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев относится к устройствам, которые применяются при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Механизм содержит передаточный механизм, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и привод. Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, содержащего кулачок, толкатель в виде зубчатой рейки и выходное звено - шестерню, сопряженную с зубчатой рейкой. Исполнительный механизм выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма, содержащего ведущее звено в виде поворотного стержня, центр качания которого совмещен с центром поворотного движения шестерни, выходные звенья, шарнирно связанные с поворотным стержнем посредством пальца, и неподвижный кулачок-копир с фигурными пазами для сопряжения с выходными звеньями. Поворотный стержень жестко связан с шестерней, палец закреплен на конце стержня, на свободных концах выходных звеньев смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами в теле копира. Изобретение позволяет уменьшить число кинематических пар, что способствует снижению энергозатрат на трение взаимодействующих поверхностей, уменьшению износа в парах трения, снижению внецикловых простоев, повышению точности работы и производительности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и устройств различного назначения. Такие манипуляционные механизмы, имитирующие определенные движения рук человека, обеспечивают захват изделия (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую, освобождение и передачу изделия.

Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват изделия, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата изделий, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - С.9 и 10, рис.а).

Основным недостатком данного устройства является усложненность привода и малая частота повторения рабочих циклов, т.е. невысокая производительность. Указанный недостаток является результатом использования отдельных двигателей для механизмов захвата и поворота, а также применения тихоходного гидравлического привода. Недостаток особенно ощутим при агрегатировании устройства с машинами-автоматами в линиях высокой производительности.

Известно также устройство типа «рука» для передачи изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего передаточный механизм с ведущим и выходным звеньями и исполнительный механизм с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод (патент РФ №2232672, опубл. в БИПМ, 2004. - №20 - прототип). Данное устройство является средством того же назначения, что и предлагаемое изобретение.

Основным недостатком прототипа являются невысокие точность работы и производительность. Недостаток вызван увеличенным числом кинематических пар (их 11 - 6 низших и 5 высших пар). Зазоры в шарнирах и сопряжениях звеньев не способствуют повышению точности и надежности работы при выполнении операций «схват изделия», перенос изделия из позиции в позицию и «выдача изделия», поскольку зазоры в кинематических парах приводят к ошибкам положения и перемещения звеньев.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности работы и производительности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в комбинированном механизме со сложным движением выходных звеньев, содержащем передаточный механизм с ведущим кулачком и выходным звеном - шестерней, связанными толкателем в виде зубчатой рейки, исполнительный механизм с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, а выходное звено передаточного механизма и ведущее звено исполнительного механизма выполнены с возможностью возвратно-поворотного движения, и привод, центры возвратно-поворотного движения выходного звена передаточного механизма и ведущего звена исполнительного механизма совмещены, а оба звена жестко между собой связаны, при этом возвратно-поворотное движение ведущего звена исполнительного механизма соответствует зависимости

где γ - полный угол размаха ведущего звена исполнительного механизма;

h - ход толкателя передаточного механизма, h=r_max-r_min;

r_max, r_min - соответственно максимальный и минимальный радиусы-векторы кулачка передаточного механизма;

d - диаметр делительной окружности шестерни передаточного механизма.

Значения параметров h и d передаточного механизма удовлетворяют условию

Заявляемый механизм отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, обеспечивающими упрощение конструкции, повышение точности работы и производительности. Механизм удовлетворяет первому условию работоспособности, определяемому формулой Чебышева:

W=3·n-2p₅-p₄=3·4-2·4-3=1,

где W - степень подвижности механизма, W=1;

n - число подвижных звеньев: кулачок, толкатель, шестерня (в жесткой связи с ведущим звеном исполнительного механизма), выходное звено исполнительного механизма, n=4;

р₅ - число низших кинематических пар (без учета пассивной связи, т.е. связи ведущего звена исполнительного механизма с одним из выходных звеньев), p₅=4,

р₄ - число высших кинематических пар (сопряжения: кулачок-толкатель, толкатель-шестерня, выходное звено-фигурный паз копира), р₄=3.

Совмещение центра поворотного движения ведущего звена исполнительного механизма с центром поворотного движения выходного звена передаточного механизма при жесткой связи обоих звеньев между собой позволило в сравнении с прототипом исключить из кинематической цепи предлагаемого комбинированного механизма одну высшую и одну низшую кинематические пары. В предлагаемой кинематической схеме механизма отсутствуют следующие кинематические пары: сопряжение шестерни с ведущим звеном исполнительного механизма, шарнирная связь ведущего звена исполнительного механизма со стойкой. Уменьшение числа кинематических пар способствует снижению энергозатрат на трение взаимодействующих поверхностей, уменьшению износа в парах трения, снижению внецикловых простоев, повышению точности работы и производительности. Работоспособность механизма с уменьшенным числом кинематических пар подтверждается формулой (1).

Формула (2) определяет соотношение длин звеньев передаточного механизма, при которых угол размаха ведущего звена исполнительного механизма, несущего выходные звенья с губками для изделий, не превышает 180°. При условии, когда , угол γ составляет 180°. Если h=π·d, ведущее звено делает полный оборот.

Предлагаемый механизм поясняется чертежом, на котором представлена его кинематическая схема.

Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев содержит передаточный механизм 1, исполнительный механизм 2 с губками 3 для захвата изделий и привод, последний на чертеже не показан.

Механизм 1 выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, содержащего ведущее звено-кулачок 4, жестко закрепленный на валу привода, толкатель-зубчатую рейку 5, смонтированную в неподвижной направляющей и сопряженную с рабочим профилем кулачка посредством ролика 6, смонтированного на конце рейки, выходное звено-шестерню 7, шарнирно связанную со стойкой осью 8 и сопряженную с упомянутой зубчатой рейкой.

Механизм 2 выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма, содержащего ведущее звено 9 в виде поворотного стержня, центр качания которого совмещен с центром поворотного движения шестерни 7, выходные звенья 10 и 11, шарнирно связанные с поворотным стержнем посредством пальца 12, и неподвижный кулачок-копир 13 с фигурными пазами 14 и 15 для сопряжения с выходными звеньями. Поворотный стержень 9 жестко связан с шестерней 7, палец 12 закреплен на конце стержня, на свободных концах выходных звеньев 10 и 11 смонтированы ролики 16 и 17 для взаимодействия с фигурными пазами соответственно 14 и 15 в теле копира 13.

Губки 3 выполнены по форме передаваемых изделий, они закреплены на выходных звеньях 10 и 11 жестко, но разъемно. Такая форма губок обеспечивает их контакт с изделием по большей части его периметра. В результате обеспечивается надежное удерживание («схват») изделия при переносе последнего из одной позиции в другую. Разъемное крепление губок на выходных звеньях позволяет оперативно выполнять смену губок при переналадке механизма на передачу изделий другой формы.

Губки имитируют движение выходных звеньев, занимая при этом «разжатое» или «сжатое» положение. На границах прямого (рабочего) и обратного (холостого) ходов выходных звеньев губки занимают «разжатое» положение. Одна из границ ходов выходных звеньев соответствует позиции «схват изделия», другая - позиции «выдача изделия». Закон движения выходных звеньев 10 и 11 в интервалах ходов генерируется кулачком 4 и фигурными пазами 14 и 15 копира 13. Участки профиля кулачка 4, которым соответствуют границы ходов толкателя-рейки 5, имеют постоянные радиус-векторы. Это обеспечивает выстой выходных звеньев определенной продолжительности при разжатом положении губок.

Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев работает следующим образом.

При работе привода вращение кулачка 4 преобразуется посредством рейки 5, шестерни 7 и поворотного стержня 9 в сложное движение выходных звеньев 10 и 11 с губками 3 для захвата изделий. В позиции «схват изделия» в разжатые губки подается изделие - объект манипулирования. При рабочем ходе ролики 16 и 17, взаимодействуя с фигурными пазами 14 и 15 копира 13, формируют движение выходных звеньев 10 и 11 относительно поворотного стержня 9, в результате чего губки обеспечивают «схват» и удерживание переносимого изделия. По достижении позиции «выдача изделия» (границы рабочего хода) губки разжимаются и перестают удерживать объект манипулирования, который выводится из устройства. При холостом ходе губки также занимают сжатое положение, поскольку ролики выходных звеньев взаимодействуют с теми же фигурными пазами в теле копира, что и при рабочем ходе. Последующие рабочие циклы выполняются аналогичным образом.

Производительность предлагаемого комбинированного механизма со сложным движением выходных звеньев зависит от массы передаваемых изделий и законов движения выходных звеньев передаточного и исполнительного механизмов.

1. Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев, содержащий передаточный механизм с ведущим кулачком и выходным звеном-шестерней, связанными толкателем в виде зубчатой рейки, исполнительный механизм с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, а выходное звено передаточного механизма и ведущее звено исполнительного механизма выполнены с возможностью возвратно-поворотного движения, и привод, отличающийся тем, что центры возвратно-поворотного движения выходного звена передаточного механизма и ведущего звена исполнительного механизма совмещены, а оба звена жестко между собой связаны, при этом возвратно-поворотное движение ведущего звена исполнительного механизма соответствует зависимости

,

где γ - полный угол размаха ведущего звена исполнительного механизма,

h - ход толкателя передаточного механизма, h=r_max-r_min,

r_max-r_min - соответственно максимальный и минимальный радиус-векторы кулачка передаточного механизма,

d - диаметр делительной окружности шестерни передаточного механизма.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что значения параметров h и d передаточного механизма удовлетворяют условию