СТЕРЖНЕВАЯ ВРАЩАТЕЛЬНАЯ КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ПАРА
ROD-BASED ROTATIONAL KINEMATIC PAIR

Изобретение относится к машиностроению, и в частности к одноподвижным вращательным кинематическим парам для подвижного соединения поворотных рычажных звеньев, применяемых для сборки замкнутых кинематических цепей механизмов в разных областях техники.
Известна вращательная кинематическая пара, в которой подвижное устройство рычажных звеньев выполнено в виде последовательно собираемых между собой в пространстве плавающих крестовин, содержащих перпендикулярно закрепленные между собой оси вращения с установленными на них концах вилками для образования кинематической связи между вращающими поворотными валами (авт. свид. СССР №250974 «Передаточный механизм с шарнирного Кардана» Бюл. Изобр. №27, 1969) - аналог.
Недостатками известного устройства кинематической пары является сложность конструкции и наличие мертвых неуправляемых положений из-за радиальных зазоров, требуемых для сборки и обеспечения подвижности всех вращательных соединений поворотных рычажных звеньев в замкнутой кинематической цепи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является вращательная кинематическая пара, содержащая подвижное кинематическое вращательное соединение рычажных звеньев, выполненное в виде радиально изогнутых и пересекающихся между собой при их сборке рычажных ползунов, установленных с радиальными и окружными зазорами в концентрические кольцевые позы (Патент South Korea №KR100334900 В1, опубликован 12.06.1996 г.) - прототип.
Недостатками указанного устройства вращательной кинематической пары являются:
1. Сложность конструкции и трудоемкость сборки
2. Наличие мертвых неуправляемых положений соединяемых рычажных звеньев из-за необходимых (для их сборки и их подвижности в кинематической цепи) зазоров в кинематических парах ограничивают кинематические возможности рычажного шарнирного механизма, сужают его рабочее пространство и увеличивают динамические нагрузки при реверсировании ведомого вала.
В работе Пожбелко В.И. «Возникновение переменной (изменяемой) структуры и расчет размеров области особых положений механизма с учетом зазоров и вырождения кинематических пар» (Санкт-Петербург: Изд-во СПбГПУ, журнал «Теория механизмов и машин», 2010. Том №8 (№2), с. 71-80) установлено, что зона таких мертвых положений прямо увеличивается с увеличением радиальных зазоров во вращательных кинематических парах механизма и, наоборот, может быть уменьшена до нуля при отсутствии таких зазоров в этих кинематических парах. При этом известные попытки применения для перехода через мертвые положения (возникающие из-за зазоров в парах) дополнительного комплекта зубчатых секторов (авт. свид. СССР №877176, Бюл. изобр. №40, 1981 г., Ярошенко В.П.) приводят к значительному усложнению конструкции шарнирного механизма, а также снижают надежность его работы из-за возникающих при реверсировании через мертвые положения динамических соударений зубчатых секторов.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции и реализации беззазорной вращательной кинематической пары, например, для построения многозвенных шарнирных механизмов без мертвых неуправляемых положений с расширенным рабочим пространством и уменьшенными динамическими нагрузками при их реверсировании.
Получение технического результата достигается за счет того, что стержневая вращательная кинематическая пара содержит вращательное кинематическое соединение поворотных рычажных звеньев, которое выполнено в виде набора из двух круглых стержней, установленных несоосно со смещением их осей вращения между собой и расположенных внутри плавающего кольцевого элемента, образующая которого конгруэнтна наружной поверхности обоих круглых стержней при их контакте между собой.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5, где фиг. 2 содержит сечение А - А на фигуре 1, а фиг. 4 содержит сечение Б - Б на фигуре 3.
1
2
3
4
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой стержневой вращательной кинематической пары, в которой подвижное вращательное устройство соединяемых рычажных звеньев 1 и 2, образующих между собой одноподвижное кинематическое соединение, выполнено в виде набора из двух круглых стержней 3 и 4 с параллельными осями вращения OO и OO, установленных несоосно с параллельными смещением «∇» их осей вращения между собой (∇=d) и расположенных внутри плавающего кольцевого элемента 5 с внутренним диаметром D<2d, образующая которого конгруэнтна наружной поверхности обоих круглых стержней 3 и 4 при контакте между собой.
Подвижное устройство рычажных звеньев снабжено ограничителями относительного осевого перемещения, выполненными в виде расположенных на круглых стержнях кольцевых пазах 6 и 7, которые взаимодействуют с соединяемыми посредством кинематической пары рычажными звеньями 1 и 2.
Стержневая кинематическая пара на фиг. 1 содержит плавающий кольцевой элемент 5, выполненный в виде замкнутого тонкостенного упругого цилиндра, свободно установленного относительно соединяемых рычажных звеньев 1 и 2 с возможностью деформирования в процессе сборки его формы (начальная круглая конфигурация с внутренним диаметром D<2d до сборки переходит в вытянутую вокруг стержней 3 и 4 форму) при сборке подвижного устройства для образования беззазорной вращательной кинематической пары.
На фиг. 2 дано сечение А - А на фигуре 1.
На фиг. 3 и фиг. 4 показан вариант выполнения стержневой вращательной кинематической пары, в котором плавающий кольцевой элемент выполнен в виде трубы 8 с прямолинейными боковыми сторонами, соединенными между полукруглыми цилиндрическими поверхностями радиусом «r=d/2», образующая которых конгруэнтна наружной поверхности круглых стержней 3 и 4 для образования беззазорной вращательной кинематической пары, а круглые стержни 3 и 4 снабжены тонкостенными цилиндрическими вкладышами 9 и 10 из упругого полимерного материала.
1
2
1
2
На фиг. 5 представлен вариант выполнения замкнутой кинематической цепи шарнирного четырехзвенника ОАВO, состоящего из кинематически связанных между собой (посредством беззазорных вращательных кинематических пар O,А,В и O) четырех рычажных звеньев в виде стойки длиной  установленного на ней ведущего рычажного звена длиной  шатуна длиной  ведомого рычажного звена длиной
1
2
Стороны шарнирного четырехзвенника OAВO на фиг. 5 выполнены со следующим соотношением длин его сторон:
2
для обеспечения полного поворота ведомого рычажного звена OВ на угол 360 градусов без возникновения его мертвых положений.
Технический результат, достигаемый при реализации предложений стержневой вращательной кинематической пары, заключается в упрощении конструкции вращательного кинематического соединения поворотных рычажных звеньев и реализации беззазорной стержневой вращательной кинематической пары, например, для построения многозвенных шарнирных механизмов без мертвых неуправляемых положений с расширенным рабочим пространством и уменьшенными динамическими нагрузками при их реверсировании (упрощение конструкции кинематического соединения и повышение его эксплуатационной эффективности в шарнирных механизмах).