RU2719523C1 - Resilient coupling of adjustable rigidity - Google Patents
Resilient coupling of adjustable rigidity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2719523C1 RU2719523C1 RU2019129181A RU2019129181A RU2719523C1 RU 2719523 C1 RU2719523 C1 RU 2719523C1 RU 2019129181 A RU2019129181 A RU 2019129181A RU 2019129181 A RU2019129181 A RU 2019129181A RU 2719523 C1 RU2719523 C1 RU 2719523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic
- coupling
- elastic elements
- stiffness
- coupling according
- Prior art date
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
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
- F16D3/72—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкции упругих муфт регулируемой жесткости и управляемых муфт, и может быть использовано при разработке робототехнических линий и комплексов, манипуляторов, шагающих и антропоморфных роботов, в которых требуется изменять параметры кинематических схем в процессе работы, или в приводах переменной жесткости. Изобретение может также использоваться в других областях техники, в которых применяются управляемые муфты регулируемой жесткости и приводы переменной жесткости.The invention relates to the construction of elastic couplings of adjustable stiffness and controlled couplings, and can be used in the development of robotic lines and complexes, manipulators, walking and anthropomorphic robots in which it is necessary to change the parameters of kinematic circuits during operation, or in variable stiffness drives. The invention can also be used in other fields of technology in which controlled adjustable stiffness couplings and variable stiffness drives are used.
Известна упругая муфта управляемой жесткости (CN 106182067 В), состоящая из двух полумуфт, установленного между ними промежуточного диска, и упругих стержней, проходящих через указанные элементы, которые расположены по окружности. Промежуточный диск связан со второй полумуфтой и имеет привод линейного перемещения. Это позволяет в зависимости от местоположения промежуточного диска иметь различную рабочую длину упругих стержней и, соответственно, жесткость муфты.Known elastic coupling controlled stiffness (CN 106182067 B), consisting of two coupling halves installed between them an intermediate disk, and elastic rods passing through these elements, which are located around the circumference. The intermediate disk is connected to the second coupling half and has a linear displacement drive. This allows, depending on the location of the intermediate disk, to have a different working length of the elastic rods and, accordingly, the stiffness of the coupling.
Известен управляемый привод переменной жесткости (CN 104029214 А), содержащий упругую муфту управляемой жесткости с ведомой полумуфтой, на которой перпендикулярно оси вращения установлены пластинчатые упругие элементы, и ведущей полумуфтой, на которой на приводимом в движении основании выполнены пазы для ввода упругих пластин. При перемещении основания с пазами изменяется рабочая длина пластинчатого упругого элемента и, соответственно, жесткость муфты.Known controlled variable-rigidity drive (CN 104029214 A), comprising an elastic controlled-tension coupling with a driven coupling half, on which plate elastic elements are mounted perpendicular to the axis of rotation, and a leading coupling coupling, on which grooves for introducing elastic plates are made on the driven base. When moving the base with grooves, the working length of the plate elastic element and, accordingly, the stiffness of the coupling changes.
Известен модуль соединения переменной жесткости (CN 104260106 А), содержащий первую полумуфту, на которой перпендикулярно оси вращения установлена упругая пластина, и вторую полумуфту, на которой на приводимом в движение основании выполнены пазы для ввода упругой пластины. При перемещении основания с пазами изменяется рабочая длина пластинчатого упругого элемента и, соответственно, жесткость муфты.A known module of the connection of variable stiffness (CN 104260106 A), containing the first coupling half, on which an elastic plate is mounted perpendicular to the axis of rotation, and the second coupling coupling, on which the slots for introducing the elastic plate are made on the driven base. When moving the base with grooves, the working length of the plate elastic element and, accordingly, the stiffness of the coupling changes.
Известно вращающееся соединение переменной жесткости (CN 104608142 В), в котором на одной полумуфте установлены подпружиненные ролики, а на другой полумуфте - копиры для этих роликов. Форма копиров выполнена таким образом, что при повороте полумуфт в любую сторону идет сжатие пружин и, соответственно, увеличивается сопротивление вращению. Муфта содержит привод для изменения степени сжатия пружин, что приводит к переменной жесткости муфты.A rotating joint of variable stiffness (CN 104608142 B) is known in which spring-loaded rollers are mounted on one coupling half and copiers for these rollers are mounted on the other coupling half. The shape of the copiers is made in such a way that when the coupling halves are turned in any direction, the springs are compressed and, accordingly, the resistance to rotation increases. The clutch contains a drive to change the compression ratio of the springs, which leads to variable stiffness of the clutch.
Недостатком указанных устройств является сложность и невысокий диапазон регулирования жесткости.The disadvantage of these devices is the complexity and low range of regulation of rigidity.
По совокупности признаков наиболее близким прототипом изобретения является упругая муфта со стержневыми упругими элементами, содержащая две полумуфты, связанные между собой расположенными по окружности упругими стержневыми элементами (В.С. Поляков, И.Д. Барабаш, О.А. Ряховский Справочник по муфтам. Ленинград, Машиностроение (Ленинградское отделение, 1974 г., стр. 85-87).By the totality of the features, the closest prototype of the invention is an elastic coupling with rod elastic elements, containing two coupling halves interconnected by circumferential elastic rod elements (V.S. Polyakov, I.D. Barabash, O.A. Ryakhovsky Coupling Manual. Leningrad, Mechanical Engineering (Leningrad Branch, 1974, p. 85-87).
Данное устройство не предназначено для регулирования жесткости в процессе работы.This device is not intended to control rigidity during operation.
Технической задачей изобретения является:An object of the invention is:
- обеспечение широкого диапазона плавного регулирования жесткости муфты;- providing a wide range of smooth control of the stiffness of the coupling;
- возможность переключения муфты регулируемой жесткости в жесткую муфту;- the ability to switch clutches of adjustable stiffness to a rigid clutch;
- придание муфте регулируемой жесткости дополнительной функции разъединения кинематической цепи;- giving the clutch adjustable stiffness additional function of separation of the kinematic chain;
- способность упругой муфты к изменению собственных параметров по команде системы управления оборудованием, где она установлена, или исходя из текущих параметров системы, и информирование системы управления оборудования, где она установлена, о текущих рабочих параметрах.- the ability of the elastic coupling to change its own parameters at the command of the equipment control system where it is installed, or based on the current system parameters, and informing the equipment control system, where it is installed, of the current operating parameters.
Технический результат обеспечивает упругая муфта регулируемой жесткости, содержащая две установленные соосно полумуфты с расположенными по окружности отверстиями и установленными в них упругими элементами, в которой, согласно предложенному решению, упругие элементы выполнены ступенчатыми, при этом расположенные в полумуфтах отверстия соответствуют размеру сопрягаемой ступени упругого элемента, упругие элементы выполнены подвижными.The technical result is provided by an elastic coupling of adjustable stiffness, comprising two coaxially mounted coupling halves with holes located around the circumference and installed elastic elements in them, in which, according to the proposed solution, the elastic elements are made stepwise, while the holes located in the coupling halves correspond to the size of the mating step of the elastic element, the elastic elements are movable.
Кроме того возможно, что:In addition, it is possible that:
- одна полумуфта установлена на другую;- one coupling half mounted on another;
- все упругие элементы соединены с единым приводом линейного перемещения;- all elastic elements are connected to a single linear displacement drive;
- каждый упругий элемент соединен с индивидуальным приводом линейного перемещения;- each elastic element is connected to an individual linear displacement drive;
- содержит датчик угла поворота полумуфт друг относительно друга.- contains a rotation angle sensor of the coupling halves relative to each other.
- содержит управляющий котроллер и драйверы для управления приводами линейных перемещении упругих элементов.- contains a control controller and drivers for controlling drives of linear movement of elastic elements.
- содержит по крайней мере, одно контактное кольцо для подачи электропитания и управляющих команд посредством электрического контакта.- contains at least one contact ring for supplying power and control commands through electrical contact.
- расположенные по окружности отверстия меньшего сечения выполнены ступенчатой формы с размерами на входе, соответствующими размерам ступеней упругого элемента большего сечения.- circumferential openings of a smaller section are made in a stepped form with dimensions at the entrance corresponding to the sizes of the steps of an elastic element of a larger section.
- длина упругих элементов не превышает ширины фланца полумуфты с расположенными по окружности отверстиями большого сечения.- the length of the elastic elements does not exceed the width of the flange of the coupling half with circumferential openings of large cross section.
Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом:The invention is illustrated by the following graphic material:
Фиг. 1 упругая муфта регулируемой жесткости с индивидуальным приводом линейного перемещения каждого упругого элемента.FIG. 1 elastic coupling of adjustable stiffness with an individual linear drive of each elastic element.
Фиг. 2 упругая муфта регулируемой жесткости с единым приводом линейного перемещения упругих элементов.FIG. 2 elastic coupling of adjustable stiffness with a single drive linear movement of the elastic elements.
Фиг. 3а, 3б, 3в формы упругих элементов упругой муфты регулируемой жесткости.FIG. 3a, 3b, 3c in the form of elastic elements of an elastic coupling of adjustable stiffness.
Фиг. 4 Структурная схема упругой муфтой регулируемой жесткостиFIG. 4 Block diagram of an elastic coupling adjustable stiffness
Фиг. 5 установка упругой муфты регулируемой жесткости на валы.FIG. 5 installation of an elastic coupling of adjustable stiffness on the shafts.
Фиг. 6 установка упругой муфты регулируемой жесткости на единый вал.FIG. 6 installation of an elastic coupling of adjustable stiffness on a single shaft.
Фиг. 7 упругая муфта регулируемой жесткости в котором одна полумуфта установлена на другую.FIG. 7 an elastic coupling of adjustable stiffness in which one coupling half is mounted on the other.
Фиг. 8 упругая муфта регулируемой жесткости, у которой расположенные по окружности отверстия в полумуфте выполнены ступенчатыми.FIG. 8 an elastic coupling of adjustable stiffness, in which the holes located in the half-coupling located around the circumference are made stepwise.
Фиг. 9 упругая муфта регулируемой жесткости, у которой длина упругого элемента выполнена не более ширины фланца полумуфты.FIG. 9 elastic coupling of adjustable stiffness, in which the length of the elastic element is made no more than the width of the flange of the coupling half.
Фиг 10 Расчетная схема нагружения упругого элемента.Fig 10. The design diagram of the loading of the elastic element.
Фиг 11 Расчетная схема определения жесткости упругой муфты регулируемой жесткости.Fig 11 Design scheme for determining the stiffness of an elastic coupling adjustable stiffness.
Упругая муфта регулируемой жесткости фиг. 1 и фиг. 2 содержит установленные соосно полумуфты 1 и 2 со ступицами 3 и 4 и фланцами 5 и 6. В ступицах 3 и 4 по выполнены центральные отверстиями 7 и 8 со шпоночными пазами 9 и 10. Указанные отверстия могут быть без шпоночных пазов. На фланцах 5 и 6 по окружности выполнены соосные отверстия 11 и 12, в которые установлены упругие элементы 13. Отверстия 11 и соответствующие им отверстия 12 могут быть расположены как на одном радиусе, так и на разных, и соответственно упругие элементы 13 могут быть установлены на разных радиусах. На фиг. 1 и 2 все отверстия 11 и 12 расположены на одном радиусе.The elastic coupling of adjustable stiffness of FIG. 1 and FIG. 2 contains coaxially mounted
Упругие элементы 13 выполнены ступенчатой формы и имеют ступень 14 большого сечения, которая устанавливается в отверстия 11 фланца 5 полумуфты 1 и ступень 15 малого сечения, которая устанавливается в отверстия 12 фланца 6 полумуфты 2. Размеры отверстий 11 соответствуют размерам ступени 14 упругого элемента 13. Размеры отверстий 12 соответствуют размерам ступени 15 упругого элемента 13. Каждая ступень 14 и 15 упругого элемента 13 входит в соответствующие отверстия 11 и 12 по посадке без зазора. Упругие элементы 13 выполнены подвижными, то есть имеют возможность перемещения вдоль собственной оси.The
На фиг. 3а, 3б и 3в изображены варианты конструкции упругих элементов 13. Ступень 14 большого сечения может быть круглого (фиг. 3а), квадратного (фиг. 3б), прямоугольного (фиг. 3в) или многогранного сечения. Ступень 15 малого сечения может быть круглого (фиг. 3а, 3б), квадратного, прямоугольного (например, в виде пластины фиг. 3в), многогранника и т.п.сечений. Зона перехода может быть выполнена в виде галтели (радиусного перехода) 16 для снижения концентрации напряжения в данной зоне. Форма, размеры и ориентация ступени 15 малого сечения подбираются из условия получения требуемого усилия при изгибе и требуемой податливости. На конце ступени 15 выполнена заходная фаска 17. В одной муфте могут быть применены упругие элементы 13 с различной формой и размерами сечений ступеней 14 и 15. Это позволяет обеспечить широкий диапазон регулирования жесткости муфты.In FIG. 3a, 3b and 3c depict design options for the
На фиг. 3г представлено распределение зон ступени 15 упругого элемента 13 при работе муфты. Ступень 15 входит на заданную глубину в отверстие 12 полумуфты 2. Свободная от отверстия 12 длина ступени 15 подвергается при работе муфты изгибу и образует рабочую длину .In FIG. 3d shows the distribution of the zones of the
Минимальная величина входа ступени 15 в отверстие 12 обусловлена необходимостью исключения возможности заклинивания при движении. Данная зона обозначена поз.15а. При этом положении упругий элемент 13 имеет максимальную рабочую длину ImaxThe minimum value of the entrance of the
По мере ввода упругого элемента 13 в отверстие 12 рабочая длина сокращается, растет усилие, необходимое для смещения. Вместе с тем падает величина допустимого смещения. Поз. 156 обозначена зона ступени 15, которая может входить в отверстие 12 при регулировке жесткости. Поз 15в обозначена зона ступени 15, которая при рабочих режимах не входит в отверстие 12. Она ограничивает величину минимальной рабочей длины .As you enter the
Рабочая длина определяется от начала ступени 15. При наличии галтели 16 - от конца галтели 16.Working length determined from the beginning of
Упругие элементы 13 выполнены подвижными и соединены с приводами линейного перемещения.The
В упругой муфте регулируемой жесткости фиг. 1 каждый упругий элемент 13 соединен с индивидуальным приводом линейного перемещения, выполненным в виде линейного актуатора 18, установленного на полумуфте 1. Упругий элемент 13 соединен со штоком 19 актуатора 18.In the elastic coupling of adjustable stiffness of FIG. 1, each
В упругой муфте регулируемой жесткости фиг. 2 все упругие элементы 13 соединены с единым приводом линейных перемещении, который состоит из толкателей 20 с кольцевой плитой 21, которая в свою очередь через штоки 23 соединена с актуатором 22, возможен вариант (на фиг. 2 не показан) нескольких работающих синхронно актуаторов 22.In the elastic coupling of adjustable stiffness of FIG. 2, all the
Упругая муфта регулируемой жесткости содержит следующие датчики.The elastic coupling of adjustable stiffness contains the following sensors.
Датчик угла поворота 24 (фиг. 4) одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2, выполненного в виде энкодера или резольвера (вращающегося трансформатора). На фиг. 1 и 2 датчик угла поворота представлен в виде энкодера, содержащего наружный кольцевой датчик 25 и внутреннее магнитное кольцо 26.The angle sensor 24 (Fig. 4) of one
Датчики положения 27 (фиг. 4) упругого элемента 13, которые могут быть встроены в актуаторы. На фиг 1 и 2 датчики положения не показаны.The position sensors 27 (Fig. 4) of the
На фиг. 4 изображена структурная схема упругой муфтой переменной жесткости. Датчики 24 поворота полумуфт 1 и 2, и датчики 27 положения упругих элементов соединены с контроллером 28. На выходе контроллера 28 установлены драйверы 29 управления приводами линейных перемещений 30. Количество драйверов 29 определяется количеством линейных приводов 30. Контроллер 28 и драйверы 29 установлены на одну или несколько плат 31. На фиг. 4 контроллер 28 и драйверы 29 установлены на одну плату 31. Линейные приводы 30 представлены на фиг 1 в виде актуатора 18, на фиг. 2 в виде актуатора 22.In FIG. 4 shows a block diagram of an elastic coupling of variable stiffness. The
Для муфты, совершающей многооборотное вращательное движение на ступице 3 полумуфты 1 установлено не менее одного контактного кольца 32 для подачи электропитания и управляющих команд посредством электрического контакта. Количество контактных колец 32 определяется типом физического интерфейса системы.For a clutch performing multi-turn rotational motion on the
Для упругих муфт, совершающих колебательные движения, к упругой муфте может быть подведен электрический кабель.For flexible couplings that vibrate, an electrical cable can be connected to the flexible coupling.
На фиг. 5 изображен чертеж варианта исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, устанавливаемый на ведущий 33 и ведомый 34 валы. Полумуфты 1 и 2 установлены на шпонки 35 и 36 соответственно, которые не позволяют провернуться полумуфтам 1 и 2 на валах 33 и 34. Такая установка муфты требует строгой соосности валов 33 и 34. Несоосность установки валов 33 и 34 может приводить к некорректной работе муфты, т.к. несоосность вносит дополнительные нагрузки на упругие элементы 13 и приводит к изменениям передаваемого момента вращения.In FIG. 5 is a drawing of an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness mounted on a
На рис. 6 изображен чертеж варианта исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, обе полумуфты 1 и 2 которого установлены на ведущем валу 33, причем ведущая полумуфта 1 установлена на шпонку 35, а ведомая полумуфта 2 установлена на вал 33 без шпонки и имеет возможность поворота на валу 33 относительно ведущей полумуфты 1. Такая установка упругой муфты упрощает конструкцию узла, если к ведомой муфте 2 соединен рычаг, зубчатое колесо или шкив.In fig. 6 shows a drawing of an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, both coupling
Если к ведомой полумуфте 2 необходимо соединить следующий вал, он может быть соединен фланцем 37 ведомой полумуфты 2 с помощью фланцевого соединения через компенсирующую муфту (не изображено).If it is necessary to connect the next shaft to the driven
На фиг. 7 изображен вариант исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, в котором одна полумуфта установлена на другую. Ступица полумуфты 1 продлена за фланец 5 и выполнена в виде полого вала 38. Полумуфта 2 имеет диаметр центрального отверстия 8 равную диаметру полого вала 38. Полумуфта 2 своим отверстием 8 установлена на полый вал 38, которая является частью полумуфты 1. Таким образом достигается строгая соосность отверстий 11 и 12 независимо от неточности установки ведомого вала, что повышает точность определения передаваемого момента. Ведомая полумуфта 2 может устанавливаться на ведущую полумуфту 1 на подшипники качения (не показано), что также повышает точность определения и передачи требуемого момента вращения. Такое исполнение упругой муфты упрощает конструкцию узла, если к ведомой муфте 2 соединен рычаг, зубчатое колесо или шкив. Если к ведомой полумуфте 2 необходимо соединить следующий вал, он может быть соединен на фланец 37 ведомой полумуфты 2 с помощью фланцевого соединения через компенсирующую муфту (не изображено).In FIG. 7 shows an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, in which one coupling half is mounted on another. The hub of the
Также следует отметить, что для качественной работы муфта полежит смазке и герметизации узлов трения от попадания пыли и грязи.It should also be noted that for high-quality operation, the clutch is lubricated and sealed by friction from dust and dirt.
На фиг. 8 изображен чертеж варианта исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, в котором расположенные на полумуфте 2 отверстия 12 меньшего сечения выполнены ступенчатой формы с размерами на входе, соответствующими размерам ступеней 14 большего сечения упругого элемента 13. Расположенные по окружности отверстия 12 меньшего сечения на полумуфте 2 выполнены ступенчатой формы с размерами на входе, соответствующими размерам ступеней 14 большего сечения упругого элемента 13 (или размерам отверстии 11 на полумуфте 1). Актуатор 18 позволяет перемещать упругий элемент 13 и вводить ступени 14 большого сечения упругого элемента 13 в отверстие 12 на полумуфте 2. При таком положении упругих элементов 13 ступени 15 малого размера выводятся из работы, муфта переключается в режим жесткой муфты и может передавать намного больший момент вращения, чем при работе ступени 15 малого сечения упругого элемента 13. Такой режим работы муфты может быть полезен в режимах работы оборудования, когда требуется жесткая передача момента вращения.In FIG. 8 shows a drawing of an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, in which the
На фиг. 9 изображен чертеж варианта исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, в котором длина А упругих элементов 13 не превышает ширины Б фланца 5 полумуфты 1 с расположенными по окружности отверстиями 11 большого сечения. При таком соотношении размеров при вытягивании актуаторами 18 упругих элементов 13 они полностью выводятся из расположенных по окружности отверстии 12 меньшего сечения полумуфты 2. Таким образом, при таком положении упругих элементов 13 происходит разъединение кинематической цепи, т.е. не происходит передачи момента вращения между полумуфтами 1 и 2, и они могут свободно вращаться друг относительно друга. Обратный ввод ступени 15 меньшего сечения в соответствующее отверстие возможно при нулевом повороте полумуфт 1 и 2 друг относительно друга или на конце упругого элемента и в сопрягаемом отверстии должны быть заходные фаски. Данный режим работы муфты пригоден для расцепления муфты, если это требуется программой работы оборудования, где она установлена.In FIG. 9 shows a drawing of an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, in which the length A of the
Упругая муфта регулируемой жесткости, содержащая признаки, указанные на фиг. 8 и фиг. 9 покрывает большой диапазон упругости, одновременно служить жесткой и разъединяемой муфтой.An elastic coupling of adjustable stiffness containing the features indicated in FIG. 8 and FIG. 9 covers a wide range of elasticity, while simultaneously serving as a rigid and releasable coupling.
На фиг. 10 изображена расчетная схема для определения прогиба ступени 15 малого сечения упругого элемента 13 и возникающих при этом усилий. Ступень 15 рассматривается как балка, защемленная по обоим концам с возможностью продольного перемещения одного конца. Концы балки подвержены плоскопараллельному переносу.In FIG. 10 shows a design scheme for determining the deflection of the
Приняты следующие обозначенияThe following notation is accepted.
- рабочая длина балки - длина от начала ступени 15 малого сечения упругого элемента 13 до точки входа малого сечения в отверстие 12 полумуфты 2. Данная величина зависит от местоположения упругого элемента 13 и подлежит изменению при необходимости изменения жесткости муфты; - the working length of the beam is the length from the beginning of the
ƒ - плоско-параллельное смещение концов балки друг относительно друга;ƒ - plane-parallel displacement of the ends of the beams relative to each other;
F - усилие, необходимое для получения требуемого смещения ƒ.F is the force required to obtain the required displacement ƒ.
Усилие, необходимое для смещения одного конца балки относительно другой при заданной схеме нагружения составляет.The force required to offset one end of the beam relative to the other for a given loading pattern is.
ГдеWhere
Е - модуль упругости первого рода материала упругого элемента 13;E is the modulus of elasticity of the first kind of material of the
J - момент инерции сечения ступени 15 меньшего сечения упругого элемента 13.J is the moment of inertia of the section of the
(Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, Наукова думка 1988 г, стр. 368).(Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V. Reference book on the resistance of materials. Kiev, Naukova Dumka 1988, p. 368).
На фиг. 11 изображена расчетная схема для определения момента, развиваемого упругой муфтой.In FIG. 11 shows a design diagram for determining the moment developed by an elastic coupling.
Учитывая, что упругие элементы 13 (фиг. 1, фиг. 2) могут иметь индивидуальные приводы линейных перемещений 30 (фиг. 4), они могут выдвигаться на различную рабочую длину и оказывать различное сопротивление F при одной и той же величине деформации ƒ Упругие элементы 13 могут быть установлены на разных радиусах R и соответственно иметь различную деформацию при одном и том же угле поворота одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2. Соответственно, каждый упругий элемент 13 будет давать различный момент вращения.Given that the elastic elements 13 (Fig. 1, Fig. 2) can have individual linear actuators 30 (Fig. 4), they can be extended to different working lengths and exert different resistance F at the same strain ƒ
гдеWhere
Mi - момент, создаваемый единичным упругим элементом 13;Mi is the moment created by a single
Fi - усилие, создаваемое единичным упругим элементом 13;Fi is the force created by a single
Ri - радиус расположения упругих элементов 13.Ri is the radius of the
Суммарный момент будет соответственноThe total moment will be respectively
гдеWhere
n - количество упругих элементов;n is the number of elastic elements;
М - суммарный момент.M is the total moment.
В случае расположения всех упругих элементов 13 на одном радиусе R выражение момента упрощается.If all the
гдеWhere
Ji - момент инерции меньшего сечения i-того упругого элемента 13;Ji is the moment of inertia of a smaller section of the i-th
- рабочая длина i-того упругого элемента 13. - the working length of the i-th
Величина деформации упругих элементов 13 связана с углом поворота одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2 выражениемThe magnitude of the deformation of the
гдеWhere
α - угол поворота одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2 в радианах.α is the angle of rotation of one
Учитывая это, момент муфты составитGiven this, the clutch torque will be
Жесткость муфтыCoupling stiffness
Как видно из выражения (7) момент, развиваемый упругой муфтой, зависит от угла поворота а одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2, момента инерции сечения ступени 15 упругого элемента 13 и рабочей длины упругих элементов 13. Разные упругие элементы 13 могут иметь различные моменты инерции сечений и установлены так, что имеют различную рабочую длину Также возможна работа, при которой часть упругих элементов 13 выведена из полумуфты 2. Это дает возможность для широкого и плавного регулирования жесткости муфты.As can be seen from expression (7), the moment developed by the elastic coupling depends on the rotation angle a of one coupling half relative to the
Упругая муфта регулируемой жесткости работает следующим образом.The elastic coupling of adjustable stiffness operates as follows.
В зависимости от требуемой жесткости контроллер 28 рассчитывает необходимые рабочие длины каждого упругого элемента 13 и подает команду на драйверы 29 управления приводами линейных перемещении 30 (ими являются актуатор 18 на фиг. 1 или актуатор 22 на фиг. 2). Приводы линейных перемещении 30 перемещают упругие элементы 13 и выставляют требуемые рабочие длины упругих элементов 13. При вращении муфты за счет передаваемого момента вращения одна полумуфта 1 поворачивается относительно другой полумуфты 2 изгибая ступени 15 меньшего сечения упругих элементов 13. Контроллер 28 контролирует угол поворота одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2 по показаниям датчика угла поворота 24 и рассчитывает фактический момент, предаваемый муфтой. В процессе работы по команде системы управления устройства, где установлена муфта, контроллер 28 может изменять жесткость муфты на требуемую величину. В случае непредвиденного увеличения передаваемого момента контроллер 28 может дать команду на увеличение жесткости муфты, если это угрожает разрушением муфты. Контроллер 28 может также управлять жесткостью муфты по заложенной заранее программе в зависимости от выполняемых оборудованием операций, условий работы или передаваемого момента вращения.Depending on the required stiffness, the
В варианте исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, в котором каждый упругий элемент 13 соединен с индивидуальным приводом линейного перемещения - актуатором 18 (фиг. 1), имеется возможность широкого регулирования жесткости. Наименьшая жесткость может быть достигнута при работе одного упругого элемента 13 на максимально возможной рабочей длине наибольшая жесткость обеспечивается работой всех упругих элементов 13 на минимальной рабочей длине . Промежуточные величины жесткости достигаются введением каждого последующего упругого элемента 13 от максимальной до минимальной рабочей длины. При этом каждый упругий элемент 13 добавляет свою долю жесткости. Для изменения жесткости муфты от минимальной до максимальной величины производится последовательный ввод каждого упругого элемента 13 на требуемую рабочую длину In an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, in which each
В муфте фиг. 2 все упругие элементы 13 соединены с единым приводом линейного перемещения. Общий ход актуатора 22 составляет длину рабочего участка упругого элемента 13.In the clutch of FIG. 2, all the
В муфте фиг. 1 каждый упругий элемент соединен со своим индивидуальным актуатором 18. Для покрытия всего диапазона жесткости каждый актуатор выдвигает упругий элемент на длину зоны 156 ступени 15 малого сечения упругого элемента 13. Таким образом, общий суммарный ход актуаторов 18 больше хода актуатора 22 (фиг. 2) во столько раз, сколько имеется упругих элементов. Приводя в движение каждый актуатор 18, мы имеем возможность более плавного регулирования жесткости муфты.In the clutch of FIG. 1, each elastic element is connected to its
В варианте исполнения упругой муфты регулируемой жесткости, в которой все упругие элементы 13 соединены с единым приводом линейного перемещения (фиг. 2) рабочие длины всех упругих элементов 13 выставляются актуаторами 22, которые своими штоками 23 толкают единую плиту 21, а она в свою очередь через толкатели 20 выставляет местоположение упругих элементов 13. При этом, все упругие элементы 13 работают при равных условиях и с наименьшей для заданного момента нагрузке. Однако, данный вариант муфты имеет ограничение по диапазону жесткости и плавности регулирования жесткости.In an embodiment of an elastic coupling of adjustable stiffness, in which all the
Упругая муфта регулируемой жесткости, в которой расположенные по окружности отверстия 12 меньшего сечения выполнены ступенчатой формы с размерами на входе, соответствующими размерам ступеней 14 большего сечения упругого элемента 13 (фиг. 8) имеет возможность вводить ступени 14 большого сечения упругих элементов 13 в полумуфту 2. Это позволяет переключать упругую муфту в жесткую.An elastic coupling of adjustable stiffness, in which
Упругая муфта регулируемой жесткости, в которой длина упругих элементов 13 не превышает ширины фланца 5 полумуфты 2 с расположенными по окружности отверстиями 11 большого сечения (фиг. 9), дает возможность полного вывода упругих элементов 13 из полумуфты 2. Это позволяет задавать количество одновременно работающих упругих элементов 13 от одного до общего их количества или постностью рассоединить полумуфты 1 и 2, и добиться разъединения кинематической цепи, т.е. исключить передачу момента вращения. Таким образом достигается широкий диапазон регулирования жесткости муфты.An elastic coupling of adjustable stiffness, in which the length of the
Комбинация вариантов упругой муфты исполнении фиг. 8 и фиг. 9 позволяет получить функции жесткой муфты, упругой муфты регулируемой жесткости и отключаемой муфты в одном изделии.A combination of resilient coupling variants of FIG. 8 and FIG. 9 allows to obtain the functions of a rigid coupling, an elastic coupling of adjustable stiffness and a disconnectable coupling in one product.
Наличие контроллера 28 позволяет получить «умную» муфту с оптимальным управлением, защитой от разрушения и информированием системы управления оборудования, на которое она установлена, о передаваемом моменте и об угле α поворота одной полумуфты 1 относительно другой полумуфты 2 и т.п. В контроллер 28 может быть также заложена программа управления жесткостью от условий работы и передаваемого момента вращения.The presence of the
Таким образом:In this way:
Выполнение упругого элемента упругой муфты ступенчатым и подвижным, а также соединение каждого упругого элемента с индивидуальным приводом позволило получить широкий диапазон плавного регулирования жесткости.The execution of the elastic element of the elastic coupling stepwise and movable, as well as the connection of each elastic element with an individual drive made it possible to obtain a wide range of smooth control of stiffness.
Выполнение расположенных на фланце полумуфты по окружности отверстий меньшего сечения ступенчатой формы с размерами на входе, соответствующими размерам ступеней упругого элемента большего сечения, позволило переключать упругую муфту в жесткую.The execution of the half-coupling holes located on the flange around the circumference of the holes of a smaller cross section of a stepped shape with dimensions at the entrance corresponding to the sizes of the steps of the elastic element of a larger cross section made it possible to switch the elastic coupling to a rigid one.
Выполнение длины упругих элементов не превышающим ширины фланца полумуфты с расположенными по окружности отверстиями большого сечения позволило разъединять кинематическую цепь.The implementation of the length of the elastic elements not exceeding the width of the flange of the coupling half with circumferential holes of large cross-section made it possible to disconnect the kinematic chain.
Использование датчика поворота одной полумуфты относительно другой, датчиков положения упругих элементов и котроллера позволило обеспечить возможность упругой муфте изменять его рабочие параметры по команде системы управления оборудованием, на которое она установлена, или исходя из текущих параметров системы, и информировать систему управления оборудования, на которое она установлена, о текущих рабочих параметрах.Using the rotation sensor of one coupling half relative to the other, the position sensors of the elastic elements and the controller allowed the elastic coupling to change its operating parameters at the command of the equipment control system on which it is installed, or based on the current system parameters, and inform the equipment control system on which it installed, about current operating parameters.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129181A RU2719523C1 (en) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Resilient coupling of adjustable rigidity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129181A RU2719523C1 (en) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Resilient coupling of adjustable rigidity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2719523C1 true RU2719523C1 (en) | 2020-04-21 |
Family
ID=70415350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129181A RU2719523C1 (en) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Resilient coupling of adjustable rigidity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2719523C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3502516A1 (en) * | 1985-01-25 | 1986-07-31 | Knorr-Bremse AG, 8000 München | Transmission device for forces |
RU1783186C (en) * | 1991-02-25 | 1992-12-23 | Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Производственных Процессов При Мгту Им.Н.Э.Баумана | Flexible compensating clutch |
RU1788360C (en) * | 1990-09-26 | 1993-01-15 | Институт Прикладных Проблем Механики И Математики Ан Усср | Torsion bar-type coupling |
US8376649B2 (en) * | 2005-10-17 | 2013-02-19 | Borgwarner Inc. | Coupling device for transmitting a torque |
-
2019
- 2019-09-16 RU RU2019129181A patent/RU2719523C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3502516A1 (en) * | 1985-01-25 | 1986-07-31 | Knorr-Bremse AG, 8000 München | Transmission device for forces |
RU1788360C (en) * | 1990-09-26 | 1993-01-15 | Институт Прикладных Проблем Механики И Математики Ан Усср | Torsion bar-type coupling |
RU1783186C (en) * | 1991-02-25 | 1992-12-23 | Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Производственных Процессов При Мгту Им.Н.Э.Баумана | Flexible compensating clutch |
US8376649B2 (en) * | 2005-10-17 | 2013-02-19 | Borgwarner Inc. | Coupling device for transmitting a torque |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2908450C (en) | Electromagnetic actuator for a bi-directional clutch | |
EP3099954B1 (en) | Magnetorheological fluid clutch apparatus and control systems | |
EP0017016B1 (en) | Flexible arm, particularly a robot arm | |
US11027434B2 (en) | Telepresence controller and system using magnetorheological fluid clutch apparatuses | |
JP5699617B2 (en) | Electric cylinder and electric cylinder system | |
EP3184840B1 (en) | Dual ramp actuator controlling a two clutch system | |
KR20140038368A (en) | Electric cylinder system | |
JP5861754B2 (en) | Electric cylinder manufacturing method | |
CN102647059A (en) | Remote Intelligent Control Adjustable Speed Axial Asynchronous Magnetic Coupling and Speed Regulation Method | |
JP2014168373A (en) | Electrically driven cylinder | |
RU2719523C1 (en) | Resilient coupling of adjustable rigidity | |
EP3072226B1 (en) | Magnetic coupling assembly | |
EP2875577B1 (en) | Motor with linear actuators | |
EP0058025B1 (en) | Rotary electrical machines | |
US4687082A (en) | Torque-sensing clutch | |
EP3472483B1 (en) | Joint for transmitting a torsional load with elastic response | |
RU2821609C1 (en) | Magnetic coupling | |
US20250104572A1 (en) | Oscillation device and method for controlling oscillation device | |
Pisetskiy et al. | Compliant 5-DOF Robot: Mechanical Design | |
SU1315681A1 (en) | Safety clutch | |
SU693068A1 (en) | Friction safety clutch | |
CN114929555A (en) | Compliant shaft-rotor coupling for improved endstop exit | |
JP2022036526A (en) | Current limiting device, robot system, and current limiting method | |
JPH0320119A (en) | Release bearing driving mechanism of clutch | |
JPS63312524A (en) | Continuously variable transmitting joint |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200903 Effective date: 20200903 |