ПРУЖИННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F16F3/04 

Изобретение относится к машиностроению, и в частности к устройствам для защиты рабочих органов и других ответственных элементов конструкций машин и механизмов от перегрузок.

Известно пружинное устройство, содержащее корпус с помещенным в нем штоком, упругий элемент в виде набора пружин различной жесткости и длины, размещенных последовательно между корпусом и штоком, а также фиксаторы в виде шариков размещенных в сепараторе, установленных между пружинами и взаимодействующих с проточками в корпусе и на штоке [1].

Недостатками такого устройства являются отсутствие возможности свободного перемещения штока в конце его хода после выключения из работы пружин, а также неизбежные ударные нагрузки на конструкцию механизма в момент включения и выключения фиксаторов из-за отсутствия в устройстве амортизаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пружинное устройство шарикового замка гидроцилиндра, включающего корпус с внутренней радиальной проточкой и размещенных в нем стакана, упругого элемента и запорной втулки с наружной радиальной проточкой, а также механизм фиксации, содержащий шарики, размещенные в сквозных отверстиях в стенке стакана и взаимодействующие с проточками и втулки [2].

Недостатком устройства является его недостаточная надежность, так как запорная втулка, не имея жесткой связи со штоком, не может перемещаться вместе с ним и не в состоянии выключить упругий элемент при перегрузках. К тому же, из-за отсутствия в устройстве демпфера и амортизатора, оно подвержено ударным нагрузкам при взаимодействии шариков с проточками.

Задача изобретения - повышение надежности устройства путем безударного включения и выключения его упругого элемента.

Это достигается тем, что в известном устройстве, включающем корпус с внутренней радиальной проточкой, в котором размещены шток, упругий элемент, запорная втулка с наружной радиальной проточкой и стакан, а также механизм фиксации, содержащий шарики, размещенные в сквозных отверстиях в стенке стакана, шток жестко соединен со втулкой, между днищами втулки и стакана соосно штоку установлен демпфер, а между корпусом и фланцем, выполненным на свободном конце стакана, размещен амортизатор из эластичного материала. При этом значения глубины проточек в корпусе и на втулке a и толщины стенки стакана b, определяются из соотношения a : b = 3 : 4. Кроме того, демпфер выполнен в виде пружины с предельной силой упругого сжатия, превышающей силу предварительного сжатия упругого элемента.

На фиг. 1 изображено пружинное устройство в исходном положении; на фиг. 2 - устройство в момент выключения упругого элемента; на фиг. 3 - устройство при полностью выключенном упругом элементе; на фиг. 4 - разрез A-A.

Пружинное устройство включает (фиг. 1) корпус 1 с внутренней радиальной проточкой, в котором размешены шток 2, упругий элемент 3, запорная втулка 4 с наружной радиальной проточкой и стакан 5, а также механизм фиксации, содержащий шарики 6, размещенные в сквозных отверстиях в стенке стакана 5. При этом шток 2 жестко соединен со втулкой 4, а между днищами втулки 4 и стакана 5 соосно штоку установлен демпфер в виде пружины сжатия 7, а между корпусом 1 и фланцем, выполненным на свободном конце стакана 5, размещен амортизатор 8 из эластичного материала. Для создания усилия предварительного нагружения упругого элемента 3 служит цилиндрическая гайка 9.

Пружинное устройство работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 1) шарики 6 находятся одновременно в сквозных отверстиях стенки стакана 5 на величину его толщины, которая для предотвращения заклинивания устройства должна составлять 4/7 части от диаметра D шарика (фиг. 4) и в проточке корпуса 1 на глубину 3/7 D, и таким образом фиксируют стакан от осевого перемещения относительно корпуса. В этом положении устройство посредством штока 2 воспринимает рабочую нагрузку в пределах допустимой, а сам шток вместе с жестко соединенной втулкой 4 может совершать при этом возвратно-поступательные движения в пределах длины наружной образующей цилиндрической поверхности втулки 4.

При превышении расчетной нагрузки на упругом элементе 3 (фиг. 3), шток 2 и втулка 4 совместно перемещаются в крайнее левое положение и сжимают упругий элемент 3. При этом в момент, когда проточка на втулке совместится с отверстиями в стакане 5, шарикам 6 открывается доступ для их перехода в эту проточку. Шарики под действием результирующей силы от нормальных сил F и R (фиг. 2), воздействующих на шарики со стороны соответственно цилиндрических поверхностей сквозных отверстий в стакане 5 и конической поверхности проточки в корпусе 1, переходят в проточку на втулке на величину 3/7 D. В то же время, так как шарики вышли из проточки в корпусе и больше не фиксируют между собой корпус 1 и стакан 5, дальнейшее движение штока 2 происходит совместно уже со стаканом при выключенном из работы упругом элементе 3 (фиг. 3). В этот момент усилие на штоке резко снижается и обусловливается лишь силами трения шариков о контактируемые поверхности корпуса, стакана и втулки.

После снятия нагрузки на устройство, шток 2, увлекаемый ведущим звеном (не показано), перемещается вправо, и приводит устройство в исходное положение (фиг. 1) в обратной последовательности.

Для снижения ударных нагрузок от воздействия упругого элемента 3 при контакте свободного торца втулки 4 с днищем стакана 5, установлен демпфер в виде пружины 7 с предельной силой упругого сжатия, превышающей силу предварительного сжатия упругого элемента 3. Кроме этого безударная работа устройства обеспечивается также амортизатором 8 из эластичного материала, закрепленного на торце корпуса 1 и с которым при ударах контактирует фланец стакана 5.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет надежно защищать элементы машин и механизмов при перегрузках путем выключения упругого элемента из работы.

Использование: в машиностроении, в частности для защиты рабочих органов и других ответственных элементов конструкций машин и механизмов от перегрузок. Пружинное устройство содержит корпус с внутренней радиальной проточкой, в которой размещены шток, жестко связанный с запорной втулкой, имеющей наружную радиальную проточку, стакан со сквозными отверстиями в стенке, в которых размещены шарики механизма фиксации. Между днищами втулки и стакана соосно штоку установлен демпфер. Стакан выполнен с фланцем, между которым и корпусом размещен амортизатор из эластичного материала. Демпфер может быть выполнен в виде пружины с предельной силой упругости сжатия, превышающей силу предварительного сжатия упругого элемента. Повышается надежность устройства. путем безударного включения и выключения его упругого элемента. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Пружинное устройство, включающее корпус с внутренней радиальной проточкой, в котором размещены шток, упругий элемент, запорная втулка с наружной радиальной проточкой и стакан, а также механизм фиксации, содержащий шарики, размещенные в сквозных отверстиях в стенке стакана, отличающееся тем, что шток жестко соединен с втулкой, между днищами втулки и стакана соосно со штоком установлен демпфер, а между корпусом и фланцем, выполненным на свободном конце стакана, размещен амортизатор из эластичного материала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение глубины проточек a в корпусе и на втулке и толщины b стенки составляет 3 : 4. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что демпфер выполнен в виде пружины с предельной силой упругого сжатия, превышающей силу предварительного сжатия упругого элемента.