1、ICS 01.040.21, 21.200 VDI-RICHTLINIEN Juni 2015 June 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Einfache rumliche Kurbelgetriebe Systematik und Begriffsbestimmungen Simple spatial crank mechanisms Classification and conception VDI 2156 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Ri
2、chtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Getriebe und Maschinenelemente VDI-Handbuch Getriebetechnik I: Ungleich
3、frmig bersetzte Getriebe Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:09.75,deutschFormeredition:09/75,in GermanonlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeut
4、scherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Grundlagen und Erluterungen . 2 2.1 Gelenke 2 2.2 Getriebeglieder . 3 2.3 Achsen . 5 2.4 Winkel und Abstnde . 5 3 Laufgrad 8 4 Getriebearten . 9 Anhang Tabellen 10 Schrifttum 15 Preliminary note .
5、2 1 Scope . 2 2 Basic principles and explanations 2 2.1 Joints 2 2.2 Mechanism elements (links) 3 2.3 Axes . 5 2.4 Angles and distances 5 3 Degree of freedom 8 4 Types of mechanism 9 Annex Tables 10 Bibliography 15 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 2156 Alle
6、Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der berse
7、tzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser R
8、ichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), sto
9、rage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorar
10、y contributors to this standard. 1 Anwendungsbereich Rumliche Kurbelgetriebe sind Kurbelgetriebe, die mindestens zwei sich kreuzende, nicht schneiden-de, also windschiefe Bewegungsachsen aufweisen. Wenn hingegen alle Achsen Drehachsen sind und sich in einem Punkt schneiden, so handelt es sich um sph
11、rische Kurbelgetriebe (siehe VDI 2154); sind sie alle einander parallel, so handelt es sich um ebene Kurbelgetriebe (siehe VDI 2145). Diese Richtlinie behandelt nur rumliche Kurbelgetriebe mit dem Laufgrad F = +1, die sich aus rumlichen kinematischen Ketten entwickeln lassen, bei denen die Anzahl de
12、r Glieder mit der Anzahl der Gelenke bereinstimmt. Entsprechende getriebetechnische Grundlagen sind in der Richtlinie VDI 2127 erlu-tert. Ausgehend von einer geschlossenen kinematischen Kette mit rumlicher Gelenkanordnung entstehen Getriebe durch Festlegen eines Glieds als Gestell. Ketten, die nur Z
13、weigelenkglieder enthalten und in dieser Richtlinie ausschlielich behandelt werden, knnen drei- bis siebengliedrig sein. Art, Zahl und Anordnung der Gelenke lassen eine Vielfalt von konstruktiven Ausfhrungen zu (siehe Ab-schnitt 4). 1 Scope Spatial crank mechanisms are crank linkages pos-sessing at
14、least two axes of rotation which cross but do not intersect - in other words, skewed axes. When on the other hand all axes are axes of rota-tion and intersect at a single point, the mechanism in question is a spherical crank mechanism (see VDI 2154); if they are all parallel to each other, a planar
15、crank mechanism (see VDI 2145) is de-fined. The standard is only concern with spatial crank mechanisms with the degree of freedom F = +1 which can be developed from spatial kine-matic chains in which the number of links is the same as the number of joints. The technical back-ground to this is dealt
16、with in standard VDI 2127. On the basis of a closed kinematic chain with a spatial arrangement of the joints, mechanisms are derived by defining one link as the frame. Chains which contain only binary links and are subject matter in this standard can have from three to sev-en links. The type, number
17、 and arrangement of the joints allow a wide range of designs (see Sec-tion 4). 2 Grundlagen und Erluterungen 2.1 Gelenke Ein rumliches Getriebe oder die diesem zugrunde liegende kinematische Kette besteht aus Gliedern, die durch Gelenke verbunden sind. Zwei im Raum frei bewegliche Glieder haben den
18、Freiheitsgrad f = 6 relativ zueinander. Da ein Gelenk zwischen zwei Gliedern den Freiheitsgrad, bzw. die Bewe-gungsmglichkeiten, vermindert, haben zwei durch ein Gelenk verbundene Glieder 1 bis 5 Freiheits-grade relativ zueinander, abhngig davon wie die Beweglichkeit des Gelenks, also der Gelenkfrei
19、-2 Basic principles and explanations 2.1 Joints A spatial mechanism or the chain on which it is based consists of links connected by joints. Two links moving freely in space have a degree of free-dom of f = 6 relative to each other. Since a joint between two links reduces the degree of freedom or th
20、e possibilities of movement, two links con-nected by a joint have 1 to 5 degrees of freedom relative to each other, depending on the form taken by the mobility of the joint, in other words, the joints degree of freedom. Joints are classified on B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD -
21、Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 2156 3 heitsgrad, ausgeprgt ist. Die Gelenke werden nach ihrer Beweglichkeit unterschieden. Die Beweg-lichkeit eines Gelenks oder Gelenkfreiheitsgrad kann durch verschiedene Bewegungsformen Drehen, Schieben, Schrau
22、ben verwirklicht wer-den. Die Gelenke werden nach den Bewegungsformen und dem Gelenkfreiheitsgrad unterschieden und bezeichnet. Fr die Bewegungsformen gelten fol-gende Symbole: D fr Drehung S fr Schiebung W fr Schraubung (Windung) Tritt in einem Gelenk eine Bewegungsform mehr-fach auf, so wird die A
23、nzahl durch einen tief ste-henden Index hinter dem Buchstaben angegeben. Beispiele fr Gelenkbezeichnungen (siehe Tabel-le A1): D3Gelenk mit drei Drehungen DS Gelenk mit einer Drehung und einer Schiebung DS2Gelenk mit einer Drehung und zwei Schiebungen Aus der Vielzahl der mglichen Gelenke sind in Ta
24、belle A1 im Anhang Beispiele fr einfache und aus einfachen zusammengesetzte Gelenke, geord-net nach ihrer Beweglichkeit, im Prinzip darge-stellt. the basis of their mobility. The mobility of a joint or its degree of freedom can be realized via differ-ent types of movement rotation, sliding, helical
25、motion. The joints are classified and designated on the basis of their type of movement and their degree of freedom. The following symbols apply to the type of movement: R for revolute joint (rotation) P for prismatic joint (translation) H for helical joint (screwing) If several instances of a type
26、of movement are found in a single joint, their number is shown by a subscript following the letter. Examples of joint designations (see Table A1): R3joint with three rotations RP joint with one rotation and one translationRP2joint with one rotation and two translationsOf the multitude of possible jo
27、ints Table A1 in Annex shows in diagrammatic form some exam-ples of simple and of compound joints, classified by their mobility. 2.2 Getriebeglieder Bezglich der Glieder eines rumlichen Getriebes entsprechend Abschnitt 1 kann unterschieden wer-den zwischen dem Gestell, im Gestell gelagerten Getriebe
28、gliedern sowie solchen Getriebeglieder, die nicht direkt im Gestell gelagert sind. Die Glieder werden gegebenenfalls fortlaufend nummeriert, wobei einem im Gestell gelagerten Glied die Zahl 1 und dem Gestell die hchste Zahl gegeben wird (Bild 1). 2.2 Mechanism elements (links) The links of a spatial
29、 mechanism as described in Section 1 are regarded subsequently. A distinction can be drawn between the frame, the frame mounted links (crank, rocker, slider) and the links between such links not directly connected to the frame (coupler). The links are, where applicable, numbered consec-utively, with
30、 a link connected to the frame being given the number 1 and the frame being given the highest number (Figure 1). 2.2.1 Gestell Das Gestell (Bild 2) ist das als feststehend be-trachtete Glied eines Getriebes. 2.2.1 Frame The frame (Figure 2) is that link of a mechanism which is regarded as fixed. 2.2
31、.2 Im Gestell gelagerte Glieder Einige im Gestell gelagerte Glieder haben spezielle Bezeichnungen, die zumeist Bezug auf die jeweili-ge Bewegungsmglichkeit nimmt. 2.2.2 Links connected to the frame Some links connected to the frame have special designations which in most cases addresses the type of
32、movement. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 2156 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Bild 1. Kurbel (Glied 1), Schwinge (Glied 3) und Koppel (Glied 2) / Figure 1. Crank (link 1), rocker (link 3) and coupler (link 2) Bild 2
33、. Gestell / Figure 2. Frame 2.2.2.1 Kurbel, Schwinge Kurbel und Schwinge sind Getriebeglieder, die mit dem Gestell durch ein Drehgelenk und mit dem anderen Nachbarglied durch ein Gelenk verbunden sind, das nur Drehungen erlaubt. Kann das Glied im Getriebeverband beliebig oft umlaufen, so wird es Kur
34、bel genannt, siehe Glied 1 in Bild 1. Kann es dagegen im Getriebeverband nur eine schwingende Bewegung zwischen zwei Umkehrlagen ausfhren, so wird es Schwinge genannt, siehe Glied 3 in Bild 1. 2.2.2.2 Schleife Als Schleife wird ein Getriebeglied bezeichnet, das mit dem Gestell durch ein Drehgelenk u
35、nd mit dem anderen Nachbarglied durch ein Gelenk verbunden ist, das wenigstens eine Schiebung erlaubt (Bild 3a und Bild 3b). 2.2.2.1 Crank, rocker Cranks and rockers are mechanism elements which are connected to the frame on one side by a revo-lute joint and to a link on the other side by a joint wh
36、ich only allows rotation. If the link in the link-age can revolve any number of times it is referred to as a crank (see link 1 in Figure 1). If on the other hand it can only swing back and forth between two reversal positions, it is termed a rocker (see link 3 in Figure 1). 2.2.2.2 Inverted slider c
37、rank An inverted slider crank is a mechanism element which is connected to the frame by a revolute joint and to the other adjacent link by a joint which permits at least one translatory movement (Fig-ure 3a and Figure 3b). 2.2.2.3 Schieber Ein Schieber ist ein Getriebeglied, das mit dem Gestell durc
38、h ein Schubgelenk verbunden ist (Bild 4). 2.2.2.3 Slider A slider is a mechanism element which is connect-ed to the frame by a prismatic joint (Figure 4). 2.2.3 Koppel Die Koppel ist ein nicht im Gestell gelagertes Ge-triebeglied, das durch beliebige Gelenke mit seinen Nachbargliedern verbunden ist,
39、 siehe Glied 2 in Bild 1 und Bild 5. 2.2.3 Coupler A coupler is a mechanism element not connected to the frame but connected to its adjacent links by any type of joint, see link 2 in Figure 1 and Fig-ure 5. Bild 3. Schleifen / Figure 3. Inverted slider cranks Bild 4. Schieber / Figure 4. Slider B55E
40、B1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 2156 5 Bild 5. Verschiedene Koppeln Figure 5. Some coupler variants 2.2.4 Gliedbezeichnungen Neben der zuvor schon erwhnten Nummerierung der Getriebeglieder kann e
41、in Glied auch durch einen Strich, der die zwei zugehrigen Gelenkbe-zeichnungen miteinander verbindet, gekennzeich-net werden: DSD3Koppel mit einem Drehschub- und einem Kugelgelenk, Bild 5a DD2S2Koppel mit einem Dreh- und einem Zylinderflchengelenk, Bild 5b Ermglichen die beiden Gelenke dem Getriebe-
42、glied eine vom brigen Bewegungsablauf des Ge-triebes unabhngige Bewegung, so wird die Ver-bindung der beiden Gelenksymbole durch einen Doppelstrich vorgenommen: D3= D3Koppel mit zwei Kugelgelenken, Bild 1 und Bild 5c 2.2.4 Link designations In addition to the mechanism element numbering method outli
43、ned above, a link can also be indicated by a single dash connecting the two associated joint designations: RPR3coupler with one turn-slide joint and one spherical joint (ball joint), Figure 5a RR2P2coupler with one spherical joint and one cylindrical joint, Figure 5b If the two joints permit the mec
44、hanism element to carry out a movement independent of the other movement sequence of the linkage, the connection of the two joint symbols is indicated by a double dash: R3= R3Coupler with two spherical joints, Figure 1 and Figure 5c 2.3 Achsen Die Bewegungsachsen (Dreh-, Schub- bzw. Schraubachsen) z
45、wischen je zwei Getriebegliedern werden mit den Ziffern der beiden Glieder be-zeichnet. Zum Beispiel sind in Bild 6 die Dreh-achse 23 32 zwischen Glied 2 und Glied 3 und die Drehschubachse 34 43 zwischen Glied 3 und Glied 4 jeweils Achsen zwischen zwei benachbar-ten Gliedern. Dagegen ist die Bewegun
46、gsachse 24 42 zwischen Glied 2 und Glied 4 eine Achse zwischen zwei nicht benachbarten Gliedern. 2.3 Axes The axes of movement (rotational, translational or helical axes) between each pair of mechanism ele-ments are designated by the reference numbers of the two links. For example, in Figure 6 the a
47、xis of rotation 23 32 between link 2 and link 3 and the turn-slide axis 34 43 between link 3 and link 4 are in each case axes between two adjacent links. In contrast, the axis of movement 24 42 between link 2 and link 4 is an axis between two non-adjacent links. 2.4 Winkel und Abstnde Zur Kennzeichn
48、ung konstanter Winkel und Ab-stnde bezieht man sich auf die Bewegungsachsen von Drehschubgelenken und deren Sonderflle: Schraub-, Dreh- und Schubgelenke. Bei Schubge-lenken lsst sich jede Parallele zur Schubrichtung als Achse verwenden. Zur Festlegung vernderli-cher Winkel und Abstnde verwendet man
49、die Normalen der Bewegungsachsen. 2.4 Angles and distances To indicate constant angles and distances, refer-ence is made to the movement axes of turn-slide joints and their special cases: helical, revolute and prismatic joints. In the case of prismatic joints any parallel axis to the direction of translation can be used as an axis. To determine changing angles and distances the skew distance of the movement axes is used. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8
