Шариковый замок



Шариковый замок
Шариковый замок

 


Владельцы патента RU 2529250:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения. Шариковый замок содержит рабочую поверхность, выполненную в виде конической поверхности. На штоке выполнены посадочный буртик и посадочный фланец. На втулке выполнен стыковочный фланец с посадочным отверстием и заходной фаской, стыковочный фланец снабжен адаптером для установки второго объекта. Во втулке неподвижно установлен вкладыш, рабочая поверхность которого выполнена в виде конической поверхности, угол наклона рабочей поверхности втулки больше угла наклона рабочей поверхности штока на 1÷12°. Втулка снабжена рукояткой с головкой захвата. В запорном кольце выполнены радиальные отверстия, в которых установлены запорные шарики. Наружная посадочная поверхность запорного кольца взаимодействует с внутренней посадочной поверхностью рукоятки втулки. Ограничитель перемещения выполнен в виде не менее двух выступающих над поверхностью запорного кольца элементов. Запорное кольцо снабжено рукояткой с радиальными отверстиями, охватывающими ограничители перемещения. Рукоятка с зазором охватывает втулку, на рукоятке выполнена головка захвата. Достигается соединение и разделение двух объектов сжатием кисти руки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к соединительно-разделительным механизмам, и может быть использовано, например, для установки полезных грузов на международной космической станции (МКС).

Известен шариковый замок (Авт.св. СССР N2291327 МПК: B64G 1/66, F16B 21/18, 2/16, 29.12.2004), который может быть использован, например, для спуска вставного погружного насоса в скважину, содержащий шток, закрепленный на одном из объектов, втулку с двумя рядами радиальных отверстий, в которых установлены запорные шарики, установленную на втором объекте, запорное кольцо, на внутренней поверхности которого выполнены две проточки для его фиксации запорными шариками. Во втулке выполнен внутренний бурт и продольный паз. Со стороны закрепляемого объекта во втулке установлен подпружиненный толкатель, соединенный с запорным кольцом штифтом, расположенным в продольном пазу втулки. По другую сторону бурта расположен подпружиненный запорный вкладыш. Недостатком указанной конструкции является расфиксация объектов после приложения случайного продольного усилия к закрепляемому объекту и невозможность повторной фиксации без разборки и взведения механизма, что недопустимо при работе с объектами, устанавливаемыми на МКС при внекорабельной деятельности (ВКД).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шариковый замок (Авт.св. СССР N2291328, МПК: B64G 1/66, F16B 21/18, 2/16, 29.12.2004), содержащий шток с рабочей поверхностью, закрепленный на одном из объектов, соосно установленную со штоком втулку с буртом и продольными пазами, размещенную на втором объекте, запорное кольцо, запорные шарики, взаимодействующие со штоком, пружину сжатия, опирающуюся первым концом на бурт, а также ограничитель перемещения, установленный в запорном кольце и размещенный в продольных пазах втулки.

Недостатком шарикового замка является необходимость работы двумя руками при замыкании и размыкании, т.к. при замыкании надо преодолеть сопротивление подпружиненного запорного вкладыша, а при размыкании - сопротивление подпружиненного толкателя. В условиях открытого космоса это невозможно, т.к. перемещение подпружиненных элементов конструкции вызовет реактивную силу, отталкивающую космонавта в открытый космос, если он не зафиксировался второй рукой или специальным приспособлением, для фиксации которого надо создавать специальные места. Причем, после расфиксации, второй объект, если его также не зафиксировать специальным приспособлением, начнет свободное парение в космосе. Объекты устанавливаются соосно, но возможно качание по головке штыря, угловое положение объектов, также, не определено.

Задача, решаемая с помощью предлагаемого соединительно-разделительного механизма, заключается в обеспечении возможности установки и переустановки на МКС различных полезных грузов, случайная расстыковка которых от внешнего воздействия исключена.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является обеспечение соединения и разделения двух объектов сжатием кисти руки, не вызывающим реактивных сил, и удержания расстыкованного объекта.

Технический результат достигается тем, что в шариковом замке, содержащем шток с рабочей поверхностью, закрепленный на одном из объектов, соосно установленную со штоком втулку с буртом и продольными пазами, размещенную на втором объекте, запорное кольцо, запорные шарики, взаимодействующие со штоком, пружину сжатия, опирающуюся первым концом на бурт, а также ограничитель перемещения, установленный в запорном кольце и размещенный в продольных пазах втулки, в отличие от известного, рабочая поверхность штока выполнена в виде конической компенсации различных коэффициентов температурного расширения. Снабжение втулки и штока стыковочными фланцами и посадочными поверхностями позволяет однозначно центрироваться по оси, однако остается люфт, обусловленный выбором разных материалов. Выполнение рабочих поверхностей в виде конических, причем разность углов конусов лежит в пределах угла самоторможения, обеспечивает безлюфтовую посадку по оси. Разность материалов рукоятки запорного кольца и втулки также обусловила необходимость зазора, компенсирующего разность коэффициентов температурного расширения.

Расположение головки захвата запорного кольца под головкой захвата втулки исключает вероятность случайной расстыковки объектов, т.к. рабочее перемещение запорного кольца в сторону от МКС исключает, например, удар метеорита. Размеры головок захвата обусловлены параметрами руки в скафандре, а усилие сжатия пружины - силовыми характеристиками руки в скафандре, однако при малых усилиях соответственно уменьшится и усилие самоторможения, а следовательно, и усилие удержания полезного груза, так что оптимальна работа с усилиями 2÷3 кг.

Совмещение центров головок захвата с осью втулки повышает надежность схвата, т.к. пальцы руки располагаются по обе стороны рукоятки запорного кольца, что исключает выскальзывание, а выполнение на наружной поверхности головки захвата запорного кольца по узким граням фасок с углом 1÷5°×20÷40 мм позволяет приблизиться к форме сжатой руки и оптимально использовать работу всех пальцев кисти.

При необходимости однозначно ориентировать полезные грузы по углу, допускается установка направляющего штифта на посадочном фланце и соответственно выполнение паза на стыковочном фланце.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг.1 приведена схема шарикового замка в замкнутом состоянии (при соединенном положении объектов), разрез, а на фиг.2 приведена схема поверхности.

На штоке выполнены посадочный буртик и посадочный фланец, на втулке выполнен стыковочный фланец с посадочным отверстием и заходной фаской, стыковочный фланец снабжен адаптером для установки второго объекта, во втулке неподвижно установлен вкладыш, рабочая поверхность которого выполнена в виде конической поверхности, причем угол наклона рабочей поверхности втулки больше угла наклона рабочей поверхности штока на 1÷2°, втулка, также, снабжена рукояткой с головкой захвата, в запорном кольце выполнены радиальные отверстия, в которых установлены запорные шарики, при этом наружная посадочная поверхность запорного кольца взаимодействует с внутренней посадочной поверхностью рукоятки втулки, ограничитель перемещения выполнен в виде не менее двух выступающих над поверхностью запорного кольца элементов и запорное кольцо снабжено рукояткой с радиальными отверстиями, охватывающими ограничители перемещения, рукоятка с зазором охватывает втулку, на рукоятке выполнена головка захвата, а пружина сжатия вторым концом опирается на запорное кольцо.

Головка захвата запорного кольца расположена параллельно головке захвата втулки, расстояние между ними больше рабочего хода запорного кольца на 1÷5 мм, головки захвата выполнены одинаковой формы, вписывающейся в прямоугольник размером 60÷100 мм×25÷40 мм, расстояние между наружными поверхностями головок составляет 20÷35 мм, а усилие сжатия пружины составляет 0,1÷3 кг.

Центр головок захвата совпадает с осью втулки и на наружной поверхности головки захвата запорного кольца по узким граням выполнены фаски с углом 1÷5°×20÷40 мм.

Для обеспечения точности и долговечности, силовые и трущиеся детали шарикового замка выполнены стальными, а для обеспечения минимального веса, фланцы, адаптер, рукоятка запорного кольца и головки захвата выполнены из алюминиевого сплава, что обусловило выполнение гарантированных зазоров между взаимодействующими деталями для шарикового замка в разомкнутом состоянии (когда второй объект можно продольным движением вывести за поверхность штока), разрез.

Шариковый замок содержит шток 1 с рабочей поверхностью 2, закрепленный на первом объекте 3, например, на внешней поверхности МКС, втулку 4 с буртом 5 и продольными пазами 6, на которой установлен второй объект 7. Во втулке 4 установлено запорное кольцо 8, в котором установлены запорные шарики 9, а также пружина сжатия 10, опирающаяся первым концом на бурт 5, а вторым на запорное кольцо 8. Запорное кольцо 8 снабжено ограничителями перемещения 11, выполненными в виде выступающих над поверхностью запорного кольца элементов и размещенными в продольных пазах втулки 6.

На штоке выполнен посадочный буртик 12 и посадочный фланец 13. На втулке также выполнен стыковочный фланец 14 с посадочным отверстием 15 и заходной фаской 16, фланец также снабжен адаптером 17 для установки второго объекта 7. Во втулке 4 установлен вкладыш 18, рабочая поверхность 19 которого выполнена в виде конической поверхности, причем угол наклона рабочей поверхности втулки 19 больше угла наклона рабочей поверхности штока 2 на 1÷12°, а также втулка снабжена рукояткой 20 с головкой захвата 21. В запорном кольце выполнены радиальные отверстия 22, в которых установлены запорные шарики 9, при этом наружная посадочная поверхность запорного кольца 23 взаимодействует с внутренней посадочной поверхностью рукоятки втулки 24. Запорное кольцо также снабжено рукояткой 25 с радиальными отверстиями 26, охватывающими ограничители перемещения 11, рукоятка 25 с зазором охватывает втулку 4, на рукоятке 25 выполнена головка захвата 27, она расположена параллельно головке захвата втулки, расстояние между ними больше рабочего хода запорного кольца на 1-15 мм, головки захвата выполнены одинаковой формы и вписаны в прямоугольник размером 60÷100 мм×25÷40 мм, расстояние между наружными поверхностями головок захвата составляет 20÷35 мм, а усилие сжатия пружины составляет 0,1÷3 кг.

Центр головок захвата совпадает с осью втулки и на наружной поверхности головки захвата запорного кольца по узким граням выполнены фаски 28 с углом 1÷5°×20÷40 мм.

Для установки втулки 4 с полезным грузом 17 на штоке 1 необходимо сжатием кисти свести вместе рукоятку 21 и рукоятку 27 (см. фиг.2, в этом положении объекты не зафиксированы друг относительно друга и могут перемещаться в осевом направлении). Рукоятка 21 установлена на ограничителях перемещения 11, через которые она передает перемещение запорному кольцу 8, скользящему посадочной поверхностью 23 по посадочной поверхности втулки 24. При этом шарики 9 свободно выкатываются из паза, образованного коническими поверхностями 2 и 19, и не мешают установке втулки 4 с полезным грузом 7, размещенным на адаптере 17, на шток 1. После поджатия стыковочного фланца втулки 14 к посадочному фланцу штока 13 (см. фиг.1) разжатием кисти освобождается пружина сжатия 10, под воздействием которой запорное кольцо 8 скользит в направлении штока 1, запорные шарики 9 попадают между коническими рабочими поверхностями штока 2 и вкладыша 19 и самоустанавливаются в пазу, образованном рабочими поверхностями, причем, поскольку разность углов конусов меньше угла трения, равного ≈12°, обеспечивается заклинивание и т.о. самоторможение, т.е. безлюфтовое соединение штока 1 и втулки 4 с грузом 7, однако при малой разности углов наклона конусных поверхностей значительно увеличивается рабочий ход запорной втулки, что влечет увеличение габаритов и веса, а при минимальной разности углов, -1°, а с учетом погрешностей изготовления деталей разность углов может быть еще меньше, ведет к необоснованному ужесточению размеров и точностей деталей. Оптимальные параметры достигаются при разности углов 6±2°.

При необходимости строго ориентировать соединяемые объекты по углу, например при установке остро направленных антенн, на фланце штыря может быть установлен штифт, а на фланце втулки, соответственно, выполнен паз.

Расфиксация шарикового замка производится аналогично, т.е. необходимо сжатием кисти свести вместе рукоятку 21 и рукоятку 27 (см. фиг.2), после чего снять втулку 4 с полезным грузом 7, установленным на адаптере 17, со штока 1, далее можно ослабить схват и просто удерживать или переносить полезный груз, держась второй рукой за поручни, которыми оснащена МКС.

1. Шариковый замок, содержащий шток с рабочей поверхностью, закрепленный на одном из объектов, соосно установленную со штоком втулку с буртом и продольными пазами, размещенную на втором объекте, запорное кольцо, запорные шарики, взаимодействующие со штоком, пружину сжатия, опирающуюся первым концом на бурт, а также ограничитель перемещения, установленный в запорном кольце и размещенный в продольных пазах втулки, отличающийся тем, что рабочая поверхность штока выполнена в виде конической поверхности, на штоке выполнены посадочный буртик и посадочный фланец, на втулке выполнен стыковочный фланец с посадочным отверстием и заходной фаской, стыковочный фланец снабжен адаптером для установки второго объекта, во втулке неподвижно установлен вкладыш, рабочая поверхность которого выполнена в виде конической поверхности, причем угол наклона рабочей поверхности втулки больше угла наклона рабочей поверхности штока на 1÷12°, втулка, также, снабжена рукояткой с головкой захвата, в запорном кольце выполнены радиальные отверстия, в которых установлены запорные шарики, при этом наружная посадочная поверхность запорного кольца взаимодействует с внутренней посадочной поверхностью рукоятки втулки, ограничитель перемещения выполнен в виде не менее двух выступающих над поверхностью запорного кольца элементов и запорное кольцо снабжено рукояткой с радиальными отверстиями, охватывающими ограничители перемещения, рукоятка с зазором охватывает втулку, на рукоятке выполнена головка захвата, а пружина сжатия вторым концом опирается на запорное кольцо.

2. Шариковый замок по п.1, отличающийся тем, что головка захвата запорного кольца расположена параллельно головке захвата втулки, расстояние между ними больше рабочего хода запорного кольца на 1-15 мм, головки захвата выполнены одинаковой формы, вписывающейся в прямоугольник размером 60-100 мм×25-40 мм, расстояние между наружными поверхностями головок составляет 20-35 мм, а усилие сжатия пружины составляет 0,1-3 кг.

3. Шариковый замок по п.1, отличающийся тем, что центр головок захвата совпадает с осью втулки и на наружной поверхности головки захвата запорного кольца по узким граням выполнены фаски с углом 1÷5°×20÷40 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам соединения и разделения частей крыла. Механизм содержит корпус, в котором установлены поршень и гильза.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при разработке разъемных соединений разделяемых в процессе эксплуатации частей изделий. .

Изобретение относится к области морской техники, а именно к автономным гидроакустическим и сейсмогидроакустическим станциям наблюдения за подводной обстановкой. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к соединительно-разъединительным механизмам, и может быть использовано в узлах для механической фиксации разъемных частей.

Изобретение относится к подводному соединительному устройству. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к атомной технике, и может быть преимущественно использовано для удержания компенсирующих групп в крайнем нижнем положении через штоки тепловыделяющих сборок на судах с атомной паропроизводящей установкой.

Изобретение относится к замковым устройствам, а именно к замкам для раздвижных дверей, и касается замка, содержащего стакан, закрепленный на одной двери, имеющий на внутренней цилиндрической поверхности проточку в форме сегмента, цилиндр, закрепленный на другой двери или косяке проема двери, имеющий сквозное поперечное отверстие с размещенными в нем двумя шариками и продольное осевое отверстие, при этом имеется подпружиненный снаружи шток, имеющий возможность осевого перемещения, также шток размещен по оси стакана и один его конец закреплен штифтом, расположенным в пазу сухаря, а сухарь расположен в стакане с возможностью осевого перемещения и невозможностью разворота и взаимодействует с кулачком, жестко связанным с квадратом защелки либо с другим механизмом перемещения, при этом шток имеет плоскую форму, а осевое отверстие в цилиндре имеет прямоугольную форму с высотой и шириной больше, чем толщина и ширина штока, а ось этого отверстия, расположенная вдоль его ширины, перпендикулярна оси поперечного отверстия цилиндра, в котором расположены шарики.

Изобретение относится к космической технике, а именно к средствам обеспечения деятельности и безопасности космонавтов в процессе работы в открытом космосе. Страховочное устройство для условий невесомости содержит страховочный фал (СФ), гильзы с резьбой на наружной поверхности, пальцы, пружина растяжения (ПР), накидные гайки, чехол из мягкого материала, обоймы.

Изобретение относится к космической технике, а именно к средствам обеспечения деятельности космонавтов в условиях невесомости. Устройство фиксации предметов в невесомости содержит фиксатор в виде проволоки (из материала, обладающим свойством остаточной пластической деформации) в неметаллической оболочке, рычаг (с возможностью вращения и поступательного движения относительно фиксатора) с щелевым отверстием шириной, соизмеримой с диаметром фиксатора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения состояния поверхности космического аппарата, а также других поверхностей в нанометровом диапазоне.

Группа изобретений относится к управлению движением космических объектов, в частности стабилизации относительного (вокруг собственного центра масс) движения фрагментов космического мусора.

Изобретение относится к области космической техники, а более конкретно к способам космического захоронения радиоактивных отходов и космическим аппаратам (КА) с электроракетной двигательной установкой для транспортировки на орбиты захоронения в дальний космос радиоактивных отходов (РАО).

Изобретение относится к космической технологии, конкретнее - к технике объемной (3D) печати по принципу послойного наращивания твердой геометрической фигуры пучком электронов.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для арретирования и разарретирования валов электроприводов аэродинамических рулей управляемых авиационных ракет как при их технологических проверках, так при их пуске с самолета.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для арретирования и разарретирования валов электроприводов аэродинамических рулей управляемых авиационных ракет как при их технологических проверках, так и при их пуске с самолета.

Изобретение относится к космонавтике и служит для проживания астронавтов. .

Группа изобретений относится к методам и средствам прицеливания (наведения) бортовых приборов, преимущественно аэрокосмического пилотируемого аппарата (ПА). Предлагаемый способ включает определение положения и ориентации свободно перемещаемого прибора внутри ПА. Для этого подают команды на излучение импульсных ультразвуковых (УЗ) сигналов излучателями, распределенными по прибору. Принимают сигналы УЗ-приемниками в разнесенных точках на ПА. Синхронизируют моменты излучения и приема сигналов по радиоканалу. Измеряют температуры в местах размещения УЗ-излучателей и УЗ-приемников. По этим данным и временам задержки приема сигналов определяют указанные положение и ориентацию прибора. По текущему положению ориентиров рассчитывают углы поворота прибора для его наведения на эти ориентиры и воспроизводят команды на поворот прибора. Система наведения содержит необходимые средства для проведения описанных операций. Технический результат группы изобретений состоит в обеспечении гарантированного наведения прибора, свободно перемещаемого относительно ПА, на ориентиры любого типа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх