УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОТДЕЛЯЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧАСТЕЙ ИЗДЕЛИЯ ОТ КОРПУСА Российский патент 2004 года по МПК F16B1/04 B64G1/64 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании, например космических аппаратов (КА), оснащенных отделяемыми элементами.

Из материалов заявки на изобретение №4820341 от 26.04.90 г., по которой был выдан патент №1767243 от 08.04.93 г., известно устройство для фиксации элементов конструкции различных узлов и агрегатов. Указанное устройство обладает низкими эксплуатационными характеристиками, а именно, низкой надежностью работы при больших осевых нагрузках за счет возникновения наминов под шариками, неудобством закрепления отделяемого элемента, высокими требованиями по точности установки, как самого устройства, так и стыковочных мест отделяемого элемента.

Известно устройство для фиксации отделяемых в процессе эксплуатации частей изделия от корпуса по патенту РФ №2075874 от 07.07.1994 г., принятое за прототип.

Известное устройство содержит связанные с отделяемыми частями изделия и подпружиненные относительно них цилиндрический корпус, соосно установленные в нем обойму в виде полого цилиндра с торцевым фланцем, предназначенным для жесткого соединения с корпусом изделия, сквозными радиальными пазами прямоугольного профиля и плоскими продольными гранями на внутренней поверхности, фиксирующие элементы, подвижно установленные в радиальных пазах обоймы с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, выполненные в виде части плоского кольца, имеющего на торце внутреннего диаметра коническую фаску, обращенную внутрь обоймы, шток в виде резьбового стержня с фланцем, установленный с возможностью осевого перемещения, пиротехнический привод для перемещения цилиндрического корпуса относительно обоймы и средство крепления устройства к отделяемым частям изделия. В данном устройстве фланец штока выполнен с плоскими параллельными лысками для взаимодействия с плоскими гранями внутренней поверхности обоймы и переходным в стержень участком с конической поверхностью, предназначенным для взаимодействия с конической фаской на торцах фиксирующих элементов и с отделяемыми частями изделия при срабатывании устройства, средство крепления устройства к отделяемым частям изделия, выполненное в виде закрепленных на стержне штока посредством гайки цилиндрического стакана со сферическим торцом, крышки, подпружиненной в осевом направлении относительно дна стакана, и сферической шайбы, установлено с возможностью опоры на отделяемые части изделия сферическим торцом стакана через сферическую шайбу, а пиротехнический привод устройства выполнен в виде герметичной кольцевой камеры, образованной кольцевыми проточками в цилиндрическом корпусе и в обойме, связанной каналами с источником давления. Кроме этого устройство снабжено охватывающим цилиндрический корпус и обойму и жестко связанным с фланцем обоймы кожухом в виде стакана с осевым отверстием в его дне, соосным цилиндрическому корпусу, и упором, жестко связанным с торцом обоймы и установленным с возможностью взаимодействия с наружным торцом кожуха.

Известное устройство обладает ограниченными эксплуатационными возможностями. Это объясняется тем, что для обеспечения фиксации отделяемых частей к корпусу изделия необходимо иметь доступ к средству крепления устройства к отделяемым частям изделия, что не всегда выполнимо.

Так для фиксации малогабаритных КА на корпусе ракеты-носителя (РН) чаще всего используется одна точка, расположенная по оси КА. В этом случае не возможно использовать известное по патенту №2075874 устройство, так как нет доступа к средству крепления устройства к КА.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение эксплуатационных возможностей устройства при сохранении его функциональных характеристик.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном устройстве введены скоба, телескопически охватывающая кожух устройства и связанная с корпусом изделия с возможностью поперечного перемещения, цилиндрическая полая втулка, выполненная с плоскими гранями на внутренней поверхности, параллельными оси втулки, жестко связанная с отделяемыми частями изделия и телескопически охватывающая гайку средства крепления устройства к отделяемым частям изделия, поршень, выполненный в виде ступенчатого цилиндра, подпружиненного относительно гайки средства крепления и взаимодействующего с концом резьбового стержня, и запорные элементы, выполненные в виде шариков, гайка средства крепления выполнена в виде цилиндра с кольцевым опорным фланцем, образованным на наружной боковой поверхности с возможностью взаимодействия с торцом полой втулки, взаимодействующим с упругим элементом, установленным между гайкой и шайбой средства крепления, цилиндрическим хвостовиком с продольными лысками для взаимодействия с плоскими гранями цилиндрической полой втулки, и с радиальными отверстиями с установленными в них с возможностью взаимодействия с торцом полой втулки запорными элементами, с внутренней цилиндрической полостью, соосной резьбовому отверстию гайки и сопряженной с ним цилиндрическим каналом меньшего, чем полость диаметра, внутри полости и в канале установлен поршень, взаимодействующий с запорными элементами цилиндрической ступенью меньшего диаметра, поршень установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с запорными элементами цилиндрической поверхностью большей ступени, переходный участок штока выполнен в виде шарового пояса, а торцевой фланец обоймы выполнен фигурным и установлен в ответном фигурном гнезде, выполненном в кожухе, при этом на наружной поверхности кожуха, между корпусом изделия и скобой, выполнен упор с возможностью взаимодействия со скобой при фиксации отделяемых частей изделия на корпусе и при срабатывании устройства, а на противоположенном конце кожуха выполнен фигурный хвостовик под ключ.

На фиг.1 показан общий вид устройства.

На фиг.2 показан общий вид устройства при закреплении отделяемых частей на корпусе.

На фиг.3 показан общий вид устройства после срабатывания и отделения частей изделия от корпуса.

На фиг.4 показан вид А.

На фиг.5 показан вид Б.

Устройство для фиксации отделяемых в процессе эксплуатации частей изделия от корпуса содержит цилиндрический корпус 1 с соосно установленными в нем обоймой 2, фиксирующими элементами 3 и штоком 4. Обойма 2 выполнена в виде полого цилиндра с плоскими продольными гранями 5 на внутренней поверхности, с фигурным торцевым фланцем 6, например в виде многогранника, взаимодействующим с корпусом 7 изделия, сквозными радиальными пазами 8 прямоугольного профиля, в которых подвижно установлены фиксирующие элементы 3 с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1. Фиксирующие элементы 3 выполнены каждый в виде части плоского кольца, имеющего на торце внутреннего диаметра коническую фаску 9, обращенную внутрь обоймы 2. Шток 4 установлен внутри обоймы 2 с возможностью осевого перемещения. Он выполнен в виде резьбового стержня с фланцем 10, который имеет плоские параллельные лыски 11 для взаимодействия с плоскими продольными гранями 5 на внутренней поверхности обоймы 2 и переходной в стержень участок 12 в виде шарового пояса, предназначенный для взаимодействия с конической фаской 9 фиксирующих элементов 3. Резьбовой стержень штока 4 пропущен через отверстие 13 в корпусе 7 изделия, отверстие 14 в отделяемой части 15 изделия и расположен в гнезде 16 отделяемой части 15. Крепится устройство к отделяемой части 15 с помощью средства крепления, выполненного в виде гайки 17, закрепленной на резьбовом стержне штока 4 с возможностью опоры на отделяемые части 15 изделия через шайбу 18, установленную на резьбовом стержне штока 4 и подпружиненную относительно гайки 17. В гнезде 16 отделяемой части 15 установлена цилиндрическая полая втулка 19, на внутренней поверхности которой выполнены плоские грани 20, жестко связанная с отделяемой частью 15 и телескопически охватывающая гайку 17 средства крепления устройства к отделяемым частям. Гайка 17 выполнена в виде цилиндра с кольцевым опорным фланцем 21, образованным на наружной боковой поверхности гайки 17 с возможностью взаимодействия с торцом втулки 19, и с цилиндрическим хвостовиком 22, расположенном внутри полой втулки 19. Между фланцем 21 и шайбой 18 установлен упругий элемент 23. В гайке 17 соосно ее резьбовому отверстию выполнена цилиндрическая полость 24, сопрягающаяся с резьбовым отверстием цилиндрическим каналом 25 с меньшим, чем полость 24, диаметром. Внутри полости 24 и в канале 25 установлен поршень 26, выполненный в виде ступенчатого цилиндра. Поршень 26 подпружинен относительно гайки 17 пружиной 27 и взаимодействует с концом резьбового стержня штока 4. В хвостовике 22 гайки 17 выполнены радиальные отверстия 28, в которых расположены запорные элементы 29 в виде, например, шариков. Запорные элементы 29 взаимодействуют с цилиндрической ступенью меньшего диаметра поршня 26 и могут взаимодействовать при сборке устройства с торцом полой втулки 19 и с цилиндрической поверхностью большего диаметра поршня 26. Цилиндрический хвостовик 22 гайки 17 выполнен с плоскими лысками 30, взаимодействующими с гранями 20 полой втулки 19, благодаря чему гайка 17 фиксируется в угловом направлении.

Устройство для фиксации содержит также пиротехнический привод для осевого перемещения корпуса 1 относительно обоймы 2, кожух 31, охватывающий цилиндрический корпус 1 и обойму 2 и жестко связанный с обоймой 2, а также скобу 32, телескопически охватывающую кожух 31 и связанную с корпусом 7 изделия с возможностью поперечного перемещения. Пиротехнический привод может быть выполнен, например в виде источника давления 33, соединенного каналами 34 с герметичной кольцевой камерой 35, образованной кольцевыми проточками, выполненными в цилиндрическом корпусе 1 и обойме 2. Кожух 31 выполнен с фигурным гнездом 36, в котором установлен фигурный торцевой фланец 6 обоймы 2, упором 37, расположенным на наружной поверхности кожуха 31 между корпусом 7 изделия и скобой 32. Упор 37 выполнен с возможностью взаимодействия со скобой 32 при сборке устройства (стыковке отделяемой части 15 к корпусу 7) и при его срабатывании (отделении части 15 от корпуса 7). На противоположенном упору 37 конце кожуха 31 выполнен фигурный хвостовик 38 под ключ для сборки устройства.

Стыковка отделяемых частей 15, например, КА, к корпусу 7 изделия, например, РН, осуществляется следующим образом.

Корпус 1 с обоймой 2, фиксирующими элементами 3, штоком 4 и кожухом 31 установлен на корпусе 7 изделия так, что резьбовой стержень штока 4 пропущен через отверстие 13 в корпусе 7, а упор 37 кожуха 31 расположен между корпусом 7 и скобой 32. Цилиндрическая втулка 19 и средство крепления устройства к отделяемым частям 15 установлены в гнезде 16 отделяемой части изделия, при этом поршень 26 подпружинен относительно гайки 17 и взаимодействует цилиндрической поверхностью большей ступени с запорными элементами 29, размещенными в радиальных отверстиях 28 гайки 17, а запорные элементы 29 взаимодействуют с торцом втулки 19. Отделяемые части 15 подводят до соприкосновения со стыковочной плоскостью корпуса 7 изделия. Резьбовой стержень штока 4 проходит через отверстие 14 отделяемой части 15 и упирается в заходную фаску резьбового отверстия гайки 17, при этом корпус 1 с обоймой 2, фиксирующими элементами 3, штоком 4 и кожухом 31 перемещаются в промежутке между корпусом 7 и скобой 32 в сторону скобы 32. Благодаря тому, что кожух 31 установлен внутри скобы 32 с радиальным зазором и скоба 32 закреплена на корпусе 7 с возможностью поперечного перемещения, устройство имеет возможность устанавливаться соосно гайке 17, при этом возможные перекосы компенсируются за счет взаимодействия переходного участка 12 штока 4, выполненного в виде шарового пояса, с конической фаской 9 фиксирующих элементов 3. Прикладывая осевую силу и крутящий момент с помощью технологического инструмента (ключа) через фигурный хвостовик 38 вращают кожух 31. За счет взаимодействия фигурного гнезда 36 кожуха 31 с фигурным фланцем 6 вращение передается на обойму 2 и далее на шток 4. В результате чего резьбовой стержень штока 4 вворачивают в гайку 17 до тех пор, пока опорный фланец 6 обоймы 2 не начнет взаимодействовать с корпусом 7 изделия, а гайка 17 не начнет опираться на отделяемые части 15 через шайбу 18. После чего, прикладывая момент к хвостовику 38, фиксируют отделяемые части 15 к корпусу 7. При этом поршень 26, установленный в гайке 17, взаимодействуя с концом резьбового стержня штока 4, перемещается внутри гайки 17, сжимая пружину 27, и ступень меньшего диаметра поршня 26 начинает взаимодействовать с запорными элементами 29, которые перемещаются в радиальных отверстиях 28 гайки 17 к оси гайки. Средство крепления устройства к отделяемым частям 15 изделия готово к срабатыванию устройства.

Срабатывание устройства и разделение отделяемых частей 15 и корпуса 7 изделия происходит следующим образом.

При срабатывании пиротехнического привода (срабатывание пиротехнического источника давления 33, поступление продуктов сгорания через каналы 34 в герметичную кольцевую камеру 35) происходит перемещение цилиндрического корпуса 1 относительно обоймы 2. При этом освобождаются фиксирующие элементы 3, которые под действием переходного участка 12 штока 4 на коническую фаску 9 раздвигаются в радиальном направлении, освобождая фланец 10 штока 4. Шток 4 под действием упругого элемента 22 выдергивается из обоймы 2 и совместно с гайкой 17 перемещается в сторону втулки 19, пока опорный фланец 21 гайки 17 не начнет взаимодействовать с торцом втулки 19, отделяемые части 15 и корпус 7 изделия разделяются друг от друга.

Технологическое отделение частей 15 от корпуса 7, например, отстыковка КА от РН в случае неисправности или отмены пуска, происходит следующим образом. Прикладывая момент к хвостовику 38 кожуха 31, через фигурный фланец 6 вращают обойму 2 вместе с корпусом 1 и штоком 4, вывинчивая резьбовой стержень штока 4 из гайки 17. При этом поршень 26, подпружиненный относительно гайки 17 пружиной 27, перемещается в осевом направлении вслед за резьбовым стержнем штока 4, выдавливая запорные элементы 29 в радиальном направлении пока они не начнут взаимодействовать с цилиндрической поверхностью ступени большего диаметра поршня 26. Гайка 17 под действием упругого элемента 22 перемещается в сторону втулки 19, притягивая обойму 2 до упора фланца 6 в корпус 7 изделия до тех пор, пока резьбовой стержень штока 4 не выйдет из зацепления с гайкой 17. После чего гайка 17 перемещается в сторону втулки 19 до упора запорных элементов 29 в торец втулки 19. Затем отводят отделяемые части 15 от корпуса 7 изделия.

Таким образом, как видно из описания конструкции и работы устройства, решена поставленная техническая задача, а именно, обеспечено расширение эксплуатационных возможностей устройства при сохранении его функциональных характеристик за счет обеспечения сборки устройства без доступа к средству крепления устройства к отделяемым частям изделия.

На предлагаемое техническое решение разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, при разработке и проектировании космических аппаратов. Предлагаемое устройство содержит связанный с отделяемыми частями цилиндрический корпус и установленную в нем обойму с элементами, фиксирующими шток, соединяющий отделяемые части. Имеется пиротехнический привод для осевого перемещения корпуса относительно обоймы, в результате которого данные элементы освобождают шток. В устройство, в частности, введены цилиндрическая полая втулка и ступенчатый поршень. Втулка жестко связана с одной из отделяемых частей и охватывает гайку средства крепления устройства к отделяемым частям. Поршень установлен подвижно внутри гайки и подпружинен в ней, взаимодействуя при перемещении с запорными шариками. Гайка выполнена в виде цилиндра с хвостовиком и кольцевым наружным опорным фланцем. В отверстиях хвостовика установлены шарики. Фланец взаимодействует с торцом полой втулки (непосредственно или через запорные шарики) и с пружиной, образующей упругую связь с отделяемой частью. При штатном разделении частей изделия, пиротехнический привод перемещает корпус отностительно обоймы, освобождая эти части от взаимной связи через шток. При технологическом разделении частей вывинчивают через охватывающий корпус и жестко связанный с обоймой кожух, резьбовой стержень штока из гайки. При этом контакт частей друг с другом сохраняется до момента их разделения за счет перемещения гайки ко втулке указанной пружиной. Технический результат изобретения состоит в расширении эксплуатационных возможностей устройства при сохранении его функциональных характеристик за счет обеспечения сборки устройства без доступа к средству его крепления к отделяемым частям. 5 ил.

Устройство для фиксации отделяемых в процессе эксплуатации частей изделия от корпуса, содержащее связанные с отделяемыми частями изделия и подпружиненные относительно них цилиндрический корпус, соосно установленные в нем обойму с торцевым фланцем, взаимодействующим с корпусом изделия, и фиксирующими элементами, подвижно установленными в радиальных пазах обоймы с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, выполненными в виде части плоского кольца, имеющего на торце внутреннего диаметра коническую фаску, обращенную внутрь обоймы, установленный с возможностью осевого перемещения шток в виде резьбового стержня с фланцем, выполненным с переходящим в стержень участком для взаимодействия с конической фаской фиксирующих элементов, пиротехнический привод для осевого перемещения цилиндрического корпуса относительно обоймы, кожух, охватывающий цилиндрический корпус и обойму, выполненный в виде стакана, жестко связанного с обоймой и взаимодействующего с ее торцевым фланцем, а также средство крепления устройства к отделяемым частям изделия, выполненное в виде шайбы, установленной на резьбовом стержне указанного штока с возможностью опоры на отделяемые части изделия, и гайки, закрепленной на этом стержне, с опорой на указанную шайбу, и подпружиненной относительно шайбы, отличающееся тем, что в его состав введены скоба, телескопически охватывающая кожух устройства и связанная с корпусом изделия с возможностью поперечного перемещения, цилиндрическая полая втулка, выполненная с плоскими гранями на внутренней поверхности, жестко связанная с отделяемой от изделия частью и телескопически охватывающая гайку указанного средства крепления устройства к отделяемым частям изделия, поршень, выполненный в виде ступенчатого цилиндра, подпружиненного относительно указанной гайки и взаимодействующего с концом резьбового стержня штока, а также запорные элементы в виде шариков, причем указанная гайка выполнена в виде цилиндра с образованным на его наружной боковой поверхности кольцевым опорным фланцем, имеющим возможность взаимодействия с торцом указанной полой втулки и взаимодействующим с упругим элементом, установленным между гайкой и шайбой указанного средства крепления, с цилиндрическим хвостовиком, имеющим продольные лыски, взаимодействующие с плоскими гранями цилиндрической полой втулки, и радиальные отверстия, в которых установлены указанные запорные элементы с возможностью их взаимодействия с указанным торцом полой втулки, с внутренней соосной резьбовому отверстию гайки цилиндрической полостью, сопрягающейся с цилиндрическим каналом меньшего, чем полость, диаметра, при этом внутри полости и в канале установлен поршень, взаимодействующий с указанными запорными элементами посредством цилиндрической поверхности ступени меньшего диаметра и имеющий возможность осевого перемещения и взаимодействия с данными запорными элементами посредством цилиндрической поверхности ступени большего диаметра, причем указанный переходящий в стержень участок штока выполнен в виде шарового пояса, торцевой фланец обоймы выполнен фигурным и установлен в ответное фигурное гнездо, выполненное в кожухе, на наружной поверхности кожуха между корпусом изделия и указанной скобой выполнен упор с возможностью его взаимодействия со скобой при сборке устройства и при его срабатывании, а на противоположном конце кожуха выполнен фигурный хвостовик под ключ.