Параллелограммный прямолинейно-направляющий механизм
Изобретение относится к области машиностроения. Параллелограммный прямолинейно-направляющий механизм содержит трехкривошипный шарнирный параллелограмм и четырехзвенную структурную группу, кинематически связанные между собой через вращательные кинематические пары с параллельными осями углового поворота. Все три кривошипа выполнены в виде двухшарнирных звеньев одинаковой длины и установлены в одном между собой направлении. Стойка выполнена в виде четырехшарнирного треугольного звена, три шарнира которого расположены на вершинах упомянутого треугольника, а четвертый шарнир расположен посередине основания этого треугольника. Шатун выполнен в виде треугольника трехшарнирного звена, который равен треугольнику стойки, а четырехзвенная структурная группа составлена из трех двухшарнирных звеньев одинаковой длины, одним концом соединенных между собой через двойной шарнир, а другим концом соответственно присоединенных к стойке и к шатуну через два двойных шарнира и дополнительный двухшарнирный соединительный рычаг, длина которого превышает длину каждого из трех двухшарнирных звеньев упомянутой структурной группы. Обеспечивается упрощение конструкции, а также исключение мертвых неуправляемых положений механизма. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к параллелограммным шарнирным механизмам с вращательными кинематическими парами и может найти применение в манипуляторах, роботах, обрабатывающих центрах и грузоподъемных механизмах с шарнирным подвесом переносимого груза.
Известен параллелограммный шарнирный механизм, содержащий шарнирно-сочлененные между собой рычажные звенья, образующие замкнутую кинематическую цепь, включающую двухшарнирную стойку с установленными на ней двумя кривошипами, шарнирно соединенные между собой через двухшарнирный шатун (книга Крайнев А.Ф. «Словарь-справочник по механизмам»: М.: Машиностроение, 1987, с. 88, схема «б») - аналог.
Недостатками известного параллелограммного шарнирного механизма является наличие мертвых неуправляемых положений кривошипов при их расположении вдоль двухшарнирной стойки, а также ограниченные эксплуатационные возможности воспроизведения прямолинейного поступательного движения выходного звена.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является параллелограммный механизм, содержащий шарнирно-сочлененные между собой звенья, образующие замкнутую кинематическую цепь из двухшарнирной стойки, двух кривошипов, соединяющего их линейного шатуна, а также набора зубчатых секторов, ударяемых между собой два раза за цикл при прохождении мертвых положений параллелограмма (авт. свид. №877176, Бюл. №40, СССР, 1981 год) - прототип.
Недостатками указанного параллелограммного механизма являются сложная конструкция и трудоемкость изготовления дополнительного комплекта зубчатых секторов, а также большие динамические нагрузки и низкий срок службы из-за жестких ударов зубчатых секторов между собой в мертвых положениях параллелограмма, в сочетании с ограниченными эксплуатационными возможностями воспроизведения только криволинейного закона движения выходного звена.
Получение технического результата достигается за счет того, что замкнутая кинематическая цепь предлагаемого параллелограммного механизма составлена из трехкривошипного шарнирного параллелограмма с четырехшарнирной треугольной стойкой, который через вращательные кинематические пары с параллельными осями углового поворота соединен с четырехзвенной структурной группой, состоящей из трех двухшарнирных звеньев одинаковой длины и дополнительного двухшарнирного соединительного рычага, которые соединены между собой посредством двойных цилиндрических шарниров.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг1., фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого параллелограммного прямолинейно-направляющего механизма, в котором замкнутая кинематическая цепь образована трехкривошипным шарнирным параллелограммом, содержащим параллельные между собой и установленные при сборке цепи в одном направлении кривошипы 1, 2, 3 одинаковой длины О1А=O2B=O3C и четырехшарнирную треугольную стойку;, в которой три шарнира О1,О2 и O3 расположены на вершинах треугольника O1O2O3, а четвертый шарнир O4 расположен посредине основания O1O3 этого треугольника, где O1O4 = O4O3.
Шатун 5 трехкривошипного шарнирного параллелограмма выполнен в виде треугольника ABC, выполненного равным треугольнику O1O2O3 стойки 4 этого параллелограмма, который посредством вращательных кинематических пар А, С и O4 с параллельно расположенными осями их углового поворота соединен с четырехзвенной структурной группой, состоящей из трех двухшарнирных звеньев 6, 7 и 8 одинаковой длины DA = DO4 = DM, одним концом соединенных между собой через двойной шарнир D, а другим концами присоединенных к стойке 4 (в точке O4) и к шатуну 5 (в точках А и С) через два двойных шарнира А и С посредством дополнительного двухшарнирного соединительного рычага 9, длина которого превышает длину каждого из трех двухшарнирных звеньев 6, 7 и 8 упомянутой структурной группы, где МС > (DA = DO4 = DM).
На фиг.2 представлен вариант выполнения предлагаемого параллелограммного прямолинейно-направляющего механизма, в котором шарнир М, расположенный на выходе параллелограмма и соединяющий двухшарнирное звено 8 с дополнительным двухшарнирным соединительным рычагом 9, выполнен с возможностью подвижной угловой установки на нем поворотного шарнирного подвеса 10 с переносимым грузом 11 для образования точного прямолинейно-направляющего механизма для подъема и опускания груза 11 точно по вертикальной прямой М1М2 без вредного углового раскачивания этого груза.
Трехшарнирное звено шатуна 5 выполнено с возможностью закрепления на нем рабочего органа для образования платформенного шарнирного манипулятора с криволинейным поступательным движением шатуна в качестве подвижной платформы на выходе манипулятора с установленным на ней и перемещаемым вместе с шатуном 5 рабочим органом 12 при сохранении его заданной постоянной, например, угловой ориентации.
На фиг.3 представлен вариант выполнения предлагаемого параллелограммного прямолинейно-направляющего механизма, в котором он снабжен шарнирным ромбом LMEN, стороны LM и ЕМ которого соответственно сблокирован с двухшарнирным звеном 8 и дополнительным двухшарнирным соединительным рычагом 9, а цилиндрический шарнир N на выходе шарнирного ромба LMEN выполнен с возможностью закрепления на нем поворотного шарнирного подвеса 10 с переносимым грузом 11 для его перемещения по вертикали и горизонтали. Шатун 5 сблокирован с рабочим органом в виде грузоподъемной площадки 13, сохраняющей постоянную горизонтальную ориентацию при ее круговом перемещении.
Работа представленного параллелограммного прямолинейно-направляющего механизма заключается в следующем:
1) Заданное вращательное движение одного из параллельных кривошипов 1, 2 или 3 (например, кривошипа 1) посредством четырехзвенной структурной группы, состоящей из трех двухшарнирных звеньев 6. 7 и 8 и дополнительно двухшарнирного рычага 9. преобразуется в поступательное движение шарнира М этой структурной группы точно по прямой линии М1 - М2. Это поступательное движение шарнира М обеспечивает:
а) в грузоподъемном механизме манипулятора (фиг.2) при подвижном закреплении на шарнире М шарнирного подвеса 10с переносимым грузом 11 - перемещение этого груза 11 точно по вертикали М1 - М2 при подъеме или опускании без его вредного раскачивания.
б) в обрабатывающем технологическом центре при закреплении на шарнире М режущего инструмента обеспечивается точное нарезании, например, прямолинейных шпоночных пазов на детали.
2) При выполнении в трехкривошипном параллелограммом механизме-стойки 4 в виде четырехшарнирного звена, а шатуна 5 в виде трехшарнирного звена - полностью исключается расположение на одной прямой линии всех шарниров кривошипов 1, 2 и 3 стойки 4 и шатуна 5, которое приводит (например, в параллелограмме по авт. свид. №877176) к мертвым неуправляемым положениям (для ударного перехода через которые надо применять в авт. свид. №877176 сложные комплекты зубчатых секторов).
Достигаемый в предлагаемом параллелограммном механизме положительный эффект заключается в упрощении конструкции, обеспечении точного поступательного движения рабочего органа без применения ненадежных поступательных кинематических пар, а также исключения мертвых неуправляемых положений без применения дополнительных сложных переходных устройств (создающих жесткие удары зубчатых секторов, как в авт. свид. №877176, Бюл. №40, СССР, 1981 год).
1. Параллелограммный прямолинейно-направляющий механизм, содержащий подвижно установленные на стойке и шарнирно-сочлененные между собой поворотные рычажные звенья, образующие замкнутую кинематическую цепь с кривошипами и шатунами, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь составлена из трехкривошипного шарнирного параллелограмма и четырехзвенной структурной группы, кинематически связанных между собой через вращательные кинематические пары с параллельными осями углового поворота, где в упомянутом параллелограмме все три кривошипа выполнены в виде двухшарнирных звеньев одинаковой длины и установлены при сборке замкнутой кинематической цепи в одном между собой направлении; стойка выполнена в виде четырехшарнирного треугольного звена, три шарнира которого расположены на вершинах упомянутого треугольника, а четвертый шарнир расположен посередине основания этого треугольника; шатун выполнен в виде треугольника трехшарнирного звена, который равен треугольнику стойки, а четырехзвенная структурная группа составлена из трех двухшарнирных звеньев одинаковой длины, одним концом соединенных между собой через двойной шарнир, а другим концом соответственно присоединенных к стойке и к шатуну через два двойных шарнира и дополнительный двухшарнирный соединительный рычаг, длина которого превышает длину каждого из трех двухшарнирных звеньев упомянутой структурной группы.
2. Параллелограммный механизм по п. 1, отличающийся тем, что шарнир, соединяющий двухшарнирное звено четырехзвенной структуры группы с дополнительным двухшарнирным соединительным рычагом, выполнен с возможностью подвижной угловой установки на нем поворотного шарнирного подвеса с переносимым грузом для образования точного прямолинейно-направляющего грузоподъемного шарнирного механизма.
3. Параллелограммный механизм по п. 1, отличающийся тем, что трехшарнирное звено шатуна выполнено с возможностью закрепления на нем рабочего органа для образования платформенного шарнирного манипулятора с криволинейным поступательным движением шатуна в качестве подвижной платформы на выходе манипулятора с установленным на ней переносимым грузом при сохранении заданной постоянной горизонтальной ориентации этого груза.
4. Параллелограммный механизм по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен шарнирным ромбом, сблокированным с двухшарнирными звеньями четырехзвенной структурной группы на выходе параллелограммного механизма и выполненным с возможностью подвижной угловой установки на нем поворотного шарнирного подвеса с переносимым грузом для его перемещения по вертикали и по горизонтали.
