УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ШАРНИРНОГО УЗЛА Российский патент 2025 года по МПК B64G1/22 

Изобретение относится, преимущественно, к замкам развернутого положения поворотных конструкций спутника, например, панелей солнечных батарей или антенн.

Из существующего уровня техники известно устройство фиксации шарнирного узла (патент RU 2368544 C1, B64G1/22, F16B9/02 27.09.2009) (прототип), представляющее собой шарнирный узел с поворотными деталями. На одной из них установлен фиксирующий элемент в виде закрепленного на оси крючка, подпружиненного пружиной. Взаимодействующий со второй деталью жесткий упор установлен с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла. На второй детали закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка, при этом вторая деталь соединена с третей, с возможностью поворота и фиксации последней в заданном положении относительно второй детали. Крючок выполнен с углом между его поверхностью, контактирующей с осью и плоскостью, проходящей через точку этого контакта и ось вращения шарнирного узла. Этот угол удовлетворяет условию ≤arctg μ, где μ - минимальный коэффициент трения в месте контакта оси и крючка. Крючок под действием пружины надавливает на ось и за счет угла μ создает усилие, чем достигается выбор люфтов в сопряжениях шарнирного узла. Обратное движение первой детали относительно второй и третьей и повторное возникновение люфтов исключаются за счет неизменного положения крючка относительно оси благодаря возникающему между ними трению.

Недостатком данного технического решения является то, что величина угла существенно зависит от точности изготовления деталей, из которых состоит устройство. При определенном сочетании допусков на размеры, условие ≤ arctgμ нарушается и принимает вид >arctgμ с потерей функции фиксации в шарнирном узле. Например: если μ=0,2, то угол ϕ должен быть не более 11,3 градусов, при этом, если расстояние между осью крючка и осью, с которой взаимодействует крючок (на это расстояние влияют точности изготовления поворотных деталей, упора, осей) составляет 20 мм, то при увеличении этого расстояния, например, на величину 0,1 мм, крючок поворачивается на угол 1,4 градусов с подъемом над осью, с которой он взаимодействует, и угол ϕ становится равным: 11,3 + 1,4 = 12,7 градусов, при этом теряется функция фиксации. Таким образом, изменение расстояния 20 мм на 0,5% приводит к изменению угла ϕ на 12,4 градусов.

Для исключения потери функции фиксации на практике в конструкцию данного устройства водятся элементы, регулирующие положение крючка относительно оси, закрепленной на второй детали. Данные элементы приводят к усложнению конструкции, увеличению ее массы, увеличению трудоемкости и стоимости изготовления (необходимость: изготовления элементов регулировки, усложнения поворотных деталей за счет выполнения в них дополнительных конструктивных элементов для установки элементов регулировки, выполнения сборочных операций по регулировке и стопорению элементов регулировки). После изготовления, в процессе эксплуатации шарнирного узла, на надежность фиксации начинает влиять качество проведенных сборочных работ: правильность выставки размеров, качество затяжки и стопорения элементов регулировки, качество контроля. Другим способом исключения нарушения условия ϕ≤arctgμ является повышение точности изготовления входящих деталей, из которых состоит устройство, что также приводит к увеличению трудоемкости и стоимости изготовления деталей. Например: для обеспечения отклонения 0,1 мм между рассмотренными выше осями, точности выполнения участвующих размеров во входящих деталях должны повышаться таким образом, чтобы суммарное отклонение было не более 0,1 мм. Если рассмотреть три основные детали - две поворотные детали и упор, то в каждой детали отклонение участвующих размеров должно быть не более 0,033 мм, что представляет собой сложную технологическую задачу.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: устройство фиксации шарнирного узла, преимущественно поворотных частей конструкций космического аппарата, имеющих шарнир, содержащее на одной из поворотных деталей шарнирного узла фиксирующий элемент, выполненный в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной, и жесткий упор, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла, взаимодействующий со второй деталью, при этом на второй детали закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка.

Техническими результатами изобретения являются:

- повышение надежности фиксации;

- снижение трудоемкости и стоимости изготовления;

- уменьшение массы.

Указанные результаты достигаются за счет того, что устройство фиксации шарнирного узла, преимущественно поворотных частей конструкций космического аппарата, содержащих шарнир, содержит на одной из деталей поворотной конструкции фиксирующий элемент, выполненный в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной. На другой детали закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка, и жесткий упор, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла, взаимодействующий со второй деталью. Внутренняя сторона крючка выполнена криволинейной таким образом, что угол между плоскостью, проведенной касательно внутренней стороне крючка через точку контакта внутренней стороны с осью, взаимодействующей с ней, и плоскостью, проходящей через точку контакта и ось вращения шарнирного узла, при любом положении крючка, равен ≤ arctg μ, где μ - минимальный коэффициент трения оси и крючка.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлен общий вид устройства в зачекованном положении с номинальным, крайним верхним и крайним нижнем положениями крючка. Все показанные составные части устройства показаны схематично.

Предложенное устройство фиксации шарнирного узла, преимущественно поворотных частей конструкций космического аппарата, имеющих шарнир, содержит на одной из деталей поворотной конструкции 1 фиксирующий элемент 2, выполненный в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной 3, на другой детали 4 закреплена ось 5 с возможностью взаимодействия с внутренней стороной А крючка 2, и жесткий упор 6, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла Б, взаимодействующий со второй деталью 4. Внутренняя сторона А крючка 2 выполнена криволинейной таким образом, что угол ϕ между плоскостью В, проведенной касательно внутренней стороне А крючка 2 через точку контакта Г внутренней стороны А с осью 5, взаимодействующей с ней, и плоскостью Д, проходящей через точку контакта Г и ось вращения шарнирного узла Е, при любом положении крючка 2, равен ϕ≤arctg μ, где μ - минимальный коэффициент трения оси 5 и крючка 2.

Устройство фиксации шарнирного узла работает следующим образом.

При встречном поворотном движении деталей 1 и 4 ось 5 взаимодействует со свободным концом крючка 2, проворачивает его и, двигаясь далее, контактирует с поверхностью А крючка 2. При этом встречное движение деталей 1 и 4 ограничивается упором 6. Крючок 2 под действием пружины 6 надавливает на ось 5, и, за счет угла , создает усилие в направлении Б, чем достигается выбор люфтов в сопряжениях шарнирного узла. Отсутствие обратного движения детали 1 относительно детали 4 и исключение вероятности повторного возникновения люфтов в сопряжениях шарнирного узла гарантируется неизменным во времени положением крючка 2 относительно оси 5, благодаря возникающему трению между крючком 2 и осью 5. Возникающее трение будет всегда удерживать крючок 2 от перемещения относительно оси 5 при соблюдении условия ≤ arctgμ при внешних нагрузках, способных вызвать обратное движение детали 1 относительно детали 4.

Рассмотрим влияние точности изготовления деталей на соблюдение условия ≤ arctgμ. Зададимся такими предельными отклонениями на размеры деталей, которые не требуют дорогостоящей прецизионной обработки. Например, отклонение ±0,1 мм на размере габарита шарнирного узла (обычно в пределах 100 мм) легко достижимо как на станках с числовым программным управлением, так и на универсальном оборудовании. Основное влияние на угол ϕ оказывает погрешность изготовления деталей 1, 4, 6 и 2. Крайнему верхнему положению крючка 2 соответствует такое сочетание отклонений, при котором размер а увеличен на 0,3 мм, размер а₁ уменьшен на 0,1 мм, крайнему нижнему положению крючка 2 соответствует такое сочетание отклонений, при котором размер а уменьшен на 0,3 мм, размер а₁ увеличен на 0,1 мм. Величина угла составляет при положении крючка 2: номинальном 11,24 градусов, крайнем верхнем 11,25 градусов, крайнем нижнем 11,19 градусов, что удовлетворяет условию ≤ arctgμ при μ=0,2.

Изобретение относится к замкам развернутого положения поворотных конструкций спутника. Устройство фиксации шарнирного узла содержит на одной из поворотных деталей шарнирного узла фиксирующий элемент, выполненный в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной, и жесткий упор, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла, взаимодействующий со второй деталью. На второй детали закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка. Внутренняя сторона крючка выполнена криволинейной таким образом, что угол между плоскостью, проведенной касательно к внутренней стороне крючка через точку контакта внутренней стороны с осью, взаимодействующей с ней, и плоскостью, проходящей через точку контакта и ось вращения шарнирного узла, при любом положении крючка, равен ≤ arctg μ, где μ - минимальный коэффициент трения оси и крючка. Обеспечивается повышение надежности фиксации, снижение трудоемкости изготовления и уменьшение массы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство фиксации шарнирного узла, преимущественно поворотных частей конструкций космического аппарата, имеющих шарнир, содержащее на одной из поворотных деталей шарнирного узла фиксирующий элемент, выполненный в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной, и жесткий упор, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла, взаимодействующий со второй деталью, при этом на второй детали закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка, отличающееся тем, что внутренняя сторона крючка выполнена криволинейной таким образом, что угол между плоскостью, проведенной касательно к внутренней стороне крючка через точку контакта внутренней стороны с осью, взаимодействующей с ней, и плоскостью, проходящей через точку контакта и ось вращения шарнирного узла, при любом положении крючка, равен ≤ arctg μ, где μ - минимальный коэффициент трения оси и крючка.

2. Устройство фиксации шарнирного узла по п. 1, отличающееся тем, что упор является частью одной из поворотных деталей.