ИНЕРЦИОННЫЙ ВКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01H35/14 

Изобретение относится к инерционным включателям для систем автоматики различных летательных аппаратов и систем безопасности автомобилей.

В настоящее время известны самые различные конструкции инерционных включателей, однако все они, обладая определенными недостатками, не выполняют в полной мере поставленной изобретением задачи.

Известен инерционный включатель - предельный ударный датчик, содержащий корпус, упор, инерционное тело, поджатое к упору, контакты [1].

Датчик имеет малые габариты, он обладает определенной устойчивостью к динамическим воздействиям колебательного характера, однако он имеет и существенные недостатки, ограничивающие его применение. Датчик реагирует на виброударные воздействия высокой частоты, которые в большинстве случаев не могут быть опасными для объектов использования. Следовательно, он не пригоден для измерения ускорений при действии вибрации. Кроме того, в датчике возможно выполнить всего один замыкающий контакт, что также в некоторых случаях ограничивает его области применения.

Известен инерционный включатель - автомобильный чувствительный механический контактный датчик, содержащий корпус, инерционное тело, поджатое контактной пружиной и задемпфированное демпфирующей ламелью [2].

Датчик имеет большую погрешность срабатывания из-за нестабильности трения между инерционным телом и демпфирующей ламелью. Ему также свойственны все недостатки известного предельного ударного датчика [1].

Известен инерционный включатель - выключатель, срабатывающий по граничному значению ускорения, содержащий корпус, инерционное тело, удерживаемое магнитной системой, контакты [3].

Выключатель имеет недостатки известных датчиков [1, 2].

Инерционное тело выключателя не задемпфировано, поэтому его нецелесообразно использовать для срабатывания при действии вибрации, особенно в случаях, когда амплитуды вибрационных воздействий соизмеримы с уставкой - граничным значением ускорения срабатывания, на которое настроен выключатель.

Данный недостаток является основным, что ограничивает области применения известного выключателя.

Этот включатель рассматривается в качестве прототипа.

Рассмотрение конструкций известных инерционных включателей позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создание инерционных включателей, позволяющих их применение для измерения ускорений с небольшими погрешностями при действии вибрации и не реагирующих на высокочастотные виброударные воздействия.

Поэтому задача, решаемая изобретением, - обеспечение измерения ускорений с малыми погрешностями при действии вибрации и обеспечение несрабатывания инерционного включателя при высокочастотных виброударных воздействиях, а также обеспечение настройки на малые уставки ускорений срабатывания и уменьшение габаритов.

Указанный технический результат достигается тем, что инерционный включатель, содержащий корпус, инерционное тело, удерживаемое магнитной системой, контакты, согласно изобретению снабжен неподвижной направляющей и подвижным поворотным приводом контактов, расположенными коаксиально с инерционным телом и имеющими на боковых стенках наклонные пазы для взаимодействия с радиальными выступами инерционного тела, при этом наклонные пазы в неподвижной направляющей и подвижном поворотном приводе выполнены с разной угловой протяженностью и разными углами наклона, по крайней мере, в конце пазов.

Введение в конструкцию инерционного включателя неподвижной направляющей и подвижного поворотного привода контактной системы, взаимодействующими своими наклонными пазами с радиальными выступами инерционного тела, позволяет увеличить инерционность инерционного тела и обеспечить переключение контактной системы путем поворота ее контактов на любой требуемый угол.

Величина этого угла, а также направление поворота контактов определяются соотношением угловых протяженностей наклонных пазов, а также их углов наклона.

Подвижный поворотный привод может поворачиваться как в направлении поворота инерционного тела, так и в противоположном направлении. Наклонные пазы могут быть выполнены как в боковых стенках неподвижной направляющей и подвижного поворотного привода, а радиальные выступы - на инерционном теле, так и наоборот - пазы на внешней боковой поверхности инерционного тела, а выступы на боковых стенках неподвижной направляющей и подвижном поворотном приводе.

Выполнение пазов с разными углами наклона в их конце позволяет осуществлять переключение контактной системы только в конце движения инерционного тела, то есть при отрыве инерционного тела, из исходного состояния в промежуточные положения с последующим возвратом обратно, контактная система остается в исходном состоянии (соответствующие контакты не размыкаются или не замыкаются даже кратковременно). При этом инерционное тело может перемещаться на величину до 70% своего полного хода. Указанное выполнение наклонных пазов исключает влияние контактной системы на уставку инерционного включателя, так как уставка определяется усилием притяжения инерционного груза в исходном положении, когда подвижный привод не поворачивается.

При начале поворота подвижного привода противодействующее усилие магнитной системы значительно падает (так как зависит от зазора в магнитной цепи) и сила трения при переключении контактов уже не может как-то влиять на уставку.

Такая особенность заявляемого инерционного включателя позволяет выполнять в нем большое количество контактов при инерционном теле с небольшой массой.

Возможность выполнения инерционного тела небольшой массы позволяет значительно уменьшить массу и инерционного включателя в целом.

Низкая собственная частота инерционного тела позволяет не только исключить срабатывание инерционного включателя от высокочастотных виброударных воздействий, но и "сглаживает" действующие ускорения, не успевая реагировать на их высокочастотные вибрационные составляющие. То есть обеспечивается измерение ускорений с малыми погрешностями при действии вибрации.

Коаксиальное расположение относительно инерционного тела неподвижной направляющей и подвижного поворотного привода контактной системы позволяет обеспечить очень компактную конструкцию инерционного включателя, а также применить шарикоподшипниковые опоры для снижения трения. Это в свою очередь соответственно позволяет значительно уменьшить габаритные размеры инерционного включателя и обеспечить возможность его настройки на небольшие ускорения срабатывания.

Применение шарикоподшипниковых опор также позволяет снизить влияние на погрешность измерения ускорений различного рода воздействий ускорений в боковых направлениях.

На фиг. 1 приведен продольный разрез инерционного включателя в исходном состоянии.

На фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг.1 (конструкция контактной системы в исходном состоянии).

На фиг. 3 - форма паза в неподвижной направляющей.

На фиг. 4 - форма паза в подвижном приводе контактной системы.

Инерционный включатель содержит корпус 1, в котором размещена неподвижная направляющая 2 с наклонными пазом 3 и окном 4, в которые входят шарикоподшипники 5, закрепленные на инерционном теле 6, установленном на оси 7 с шарикоподшипниками 8. Для уменьшения трения инерционного тела 6 на оси 7 в канавках 9 инерционного тела размещены шарики 10. На оси 7 также расположен подвижный поворотный привод 11 с наклонным пазом 12 и окном 13, на поворотном приводе 11 размещен перемыкатель 14 для переключения контактов 15, установленных на токовыводах 16, размещенных в плате 17 через изоляторы 18. Инерционное тело 6 удерживается в исходном положении магнитной системой, состоящей из магнита 19, установленного в инерционном теле 6, и регулировочной гайки 20, являющейся якорем магнитной системы. Корпус 1, неподвижная направляющая 2, инерционное тело 6 и подвижный поворотный привод 11 выполнены из немагнитных материалов (фиг. 1...4).

Инерционный включатель работает следующим образом.

При действии ускорения с величиной, меньшей установочного, инерционное тело 6 остается в исходном положении, так как усилие притяжения инерционного тела магнитной системой превышает силу, действующую на инерционное тело от ускорения. Инерционный включатель не срабатывает (остается в исходном состоянии).

При действии ускорения с величиной, равной или большей установочного, в осевом направлении по стрелке 21 инерционное тело 6 перемещается в противоположном направлении, одновременно поворачиваясь от взаимодействия одного шарикоподшипника 5, закрепленного на инерционном теле 6, с наклонным пазом 3 неподвижной направляющей 2. При поступательно-вращательном движении инерционного тела 6 второй, диаметрально закрепленный на нем шарикоподшипник 5 взаимодействует с наклонным пазом 12 подвижного поворотного привода 11.

При одинаковых углах наклона пазов 3, 12 подвижный поворотный привод 11 в начале движения инерционного тела 6 не поворачивается. Поворот происходит в конце движения инерционного тела 6 из-за различия углов наклона пазов 3, 12 на этих участках. Вместе с подвижным поворотным приводом 11 поворачивается перемыкатель 14, закрепленный на нем. Перемыкатель 14 замыкает и размыкает соответствующие контакты 15.

После прекращения действия ускорения магнитная система возвращает инерционное тело 6 в исходное состояние, при этом контакты 15, взаимодействуя с перемыкателем 14, также принимают исходное состояние.

Регулировка ускорения срабатывания инерционного включателя осуществляется регулировочной гайкой 20, выполненной из магнитомягкого материала.

При действии в направлении срабатывания и ударных ускорений малой длительности инерционное тело 6 или не успевает сместиться из исходного положения, или, сместившись на небольшое расстояние, снова возвращается обратно, не переключая контакты 15. Длительность ударных ускорений, от которых не срабатывает инерционный включатель, зависит от угла наклона пазов 3.

При действии вибрации вдоль продольной оси в момент измерения ускорения инерционное тело 6 не успевает реагировать на вибрационные составляющие ускорения, сглаживая их, т.е. обеспечивается работа инерционного включателя при действии вибрации.

При действии линейных и вибрационных ускорений в боковых направлениях из-за использования шарикоподшипниковых опор, обеспечивающих малые коэффициенты трения, их влияние на погрешность срабатывания инерционного включателя будет незначительно. Применение шарикоподшипниковых опор также позволяет обеспечивать настройку на малые ускорения срабатывания инерционного включателя.

Таким образом, применение заявленного инерционного включателя позволит:
- исключить срабатывание при высокочастотных виброударных воздействиях;
- обеспечить измерение ускорений (срабатывания) с малыми погрешностями при действии вибрации в осевом и боковых направлениях;
- обеспечить настройку на малые ускорения срабатывания;
- обеспечить большое количество контактов.

Кроме того, конструкция инерционного включателя содержит детали простой конфигурации. Конструкция и компоновка деталей обеспечивают малые габариты инерционного включателя. Опытные образцы инерционного включателя выполнены в габаритах ⊘ 20-25 мм при массе не более 25 г.

Источники информации
1. Предельный ударный датчик, патент СССР 1030875, 1981 г., H 01 Н 35/14.

2. Автомобильный чувствительный механический контактный датчик, европатент 689219 А2, 1992 г., H 01 Н 35/14.

3. Выключатель, срабатывающий по граничному значению ускорения, европатент 708467 А1, 1995 г., H 01 Н 35/14 (прототип).

Изобретение предназначено для измерения действующих линейных ускорений в системах автоматики летательных аппаратов и систем безопасности автомобилей. Инерционный включатель содержит корпус, инерционное тело, удерживаемое магнитной системой, контакты, неподвижную направляющую и подвижный поворотный привод контактов, расположенные коаксиально с инерционным телом и имеющие на боковых стенках наклонные пазы для взаимодействия с радиальными выступами инерционного тела. Наклонные пазы в неподвижной направляющей и подвижном поворотном приводе выполнены с разной угловой протяженностью и разными углами наклона, по крайней мере, в конце пазов. Технический результат - снижение погрешности измерения ускорений при действии вибрации и обеспечение несрабатывания при высокочастотных виброударных воздействиях. 4 ил.

Инерционный включатель, содержащий корпус, инерционное тело, удерживаемое магнитной системой, контакты, отличающийся тем, что он снабжен неподвижной направляющей и подвижным поворотным приводом контактов, расположенными коаксиально с инерционным телом и имеющими на боковых стенках наклонные пазы для взаимодействия с радиальными выступами инерционного тела, при этом наклонные пазы в неподвижной направляющей и подвижном поворотном приводе выполнены с разной угловой протяженностью и разными углами наклона, по крайней мере, в конце пазов.