Шарнирное соединение Советский патент 1992 года по МПК F16C11/06 A61N2/00 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для использования в держателях рычажного типа, в частности для физиотерапевтических аппаратов, служащих для установки в рабочее положение средств воздействия при проведении физиотерапевтических процедур

Известен шарнир, используемый в элек- трододержателе аппарата для УВЧ-терапии УВЧ-80-3, образованный двумя тонкостенными пластмассовыми втулками, имеющими выступы и центральные отверстия, и сопряженными выступами пластмассовых рычагов (колен) держателя, имеющими сквозные конические отверстия под втулки, соединенные крепежным элементом Втулки размещены в конических отверстиях колен так, что выступы одной втулки входят в ответные пазы другой и наоборот, обеспечивая неподвижное расположение втулок

одна относительно другой, надежность этого соединения целиком определяется постоянством в процессе эксплуатации момента трения, создаваемого в шарнире усилием затяжки крепежного элемента

Наличие технологических допусков на литьевые детали из пластмассы не позволяет получить высокую точность изготовления используемых в соединении трущихся конических поверхностей и, вследствие этого, достаточно большую площадь их контакта В результате при установлении необходимого момента трения,распределенное усилие затяжки, приходящееся на контактирующую зону, достигает большой величины, что вызывает пластическую деформацию геометрических характеристик сопряженных деталей в процессе эксплуатации и приводит к изменению момента трения в шарнире, Поэтому требуемую наработку на отказ

XI

2

О

00

подобного шарнира можно обеспечить только проводя периодическую подрегулировку усилия затяжки в процессе эксплуатации.

Этого недостатка лишена конструкция шарнира, использованного в электрододер- жателях для физиотерапевтических аппаратов, принятого за прототип Шарнирное соединение (1-го типа) по дачному тоническому решению содержит дш рычага, сопряженные по плоским поверхностям своих концов, выполненных в виде гпоскил петель со сквозными, осевыми, соосиыми отверстиями, две шайбы с выступами со стороны сопряженных поверхностей и фиксирующий их стяжной элемент, установленный в отверстия шайб, выступы которых размгше- ны в отверстиях концов рычагов

Такая конструкция шарнирного соединения обеспечивает постоянство момента трения в шарнире в течение длительного времени его эксплуатации без подрегулировок, что повышает надежность держателя. Величина момента трения, создаваемого в шарнире усилием сжатия стяжного элемента, зависит от усилия затяжки и геометрических характеристик трущихся поверхностей. В свою очередь, срок службы держателя повышается при уменьшении усилия затяжки, т.к. при этом уменьшается износ контактирующих поверхностей,

Однако за счет несимметричности конструкции шарнира при приложении усилий, действующих нормально к плоскости рабочих поверхностей соединения, возникает возможность поперечного излома в месте прикрепления петли к рычагу, что уменьшает прочность конструкции в целом, приводит к уменьшению надежности и снижает срок службы шарнира.

Целью изобретения является повышение срока службы шарнирного соединения путем увеличения прочности шарнира на излом.

Поставленная цель достигается за счет выполнения конструкции симметричной, что обусловливает равнопрочностные характеристики шарнира, тем самым повышает его прочность на излом при поперечных нагрузках.

Это обеспечивается благодаря выполнению конца одного рычага в виде вилки, а другого - в виде проушины, размещенной между щеками вилки, на наружных поверхностях которых выполнены углубления под шайбы, имеющие по меньшей мере один дополнительный выступ для жесткого зацепления его с дополнительными полостями в отверстии проушины, чем обеспечивается жесткая связь относительно оси

вращения шарнира шайб с проушиной второго рычага, причем торцы выступов расположены в отверстиях рычагов озазором друг относительно друга.

На фиг.1 изображено предлагаемое соединение; на фиг.2 - то же, поперечное сечение; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1

Шарнирное соединение держателя для физиотерапевтического аппарата (фиг.1) со0 держит шайбы 1 с центральными выступами 2 и сквозными отверстиями 3 по их центру. Выступ 2 шайбы 1 со стороны его торца снабжен по меньшей мере одним дополнительным выступом 4 (на фиг.З вариант с дву5 мя дополнительными выступами 4).

Конец первого рычага, также входящего в шарнирное соединение, выполнен в виде вилки 5 с двумя плоскими параллельными щеками 6, а сопряженный с ним по плоским

0 поверхностям, конец второго рычага - в виде расположенной по центру торца этого рычага, плоской проушины 7 со сквозным отверстием 8, которая размещена между щеками первого рычага. На наружных по5 верхиостях щек 6 выполнены углубления 9 со сквозными отверстиями 10 по их центру. В сборе шарнирного соединения, оси отверстия 8 и отверстий 10 совмещены между собой и образуют ось О вращения шар ни0 ра, причем в стенках отверстия 8 проушины 7 выполнены полости 11 под дополнительные выступы Л шайб 1 (фиг.З).

Шайбы 1 установлены в углубления 9 щек 6 первого рычага снаружи от сопрягае5 мых поверхностей рычагов, а их выступы 2, 4 размешаны в отверстиях 10 и 8, соответственно, с зазором между торцами выступов 4. При этом, выступы 2 обеспечивают центровку шайб 1 в углублениях 9, совместно с

0 выступами 4 - центровку концов рычагов (вилки 5 с проушиной 7), а выступы 4 - жесткую связь, относительно оси О шарнира, шайб 1 со вторым рычагом

5 В отверстиях 3 шайб 1 и их выступов 2 установлен стяжной элемент 12, выполненный, например, в виде болтового соединения, причем между гайками 13 болтового соединения стяжного элемента 12 и повер0 хностью шайб 1 могут быть установлены дополнительные плоские или пружинные предохранительные шайбы 14 обычной конструкции, а углубления 9 с размещенными в них деталями шарнира могут быть

5 закрыты снаружи защитно-декоративными крышками (на чертежах не показаны), предохраняющими от доступа к подвижным частям шарнира и обеспечивающие этим безопасность пользования держателем с

заявляемым шарнирным соединением.

Стяжной элемент 12 размещен в отверстиях 3 шайб 1 свободно (с незначительным зазором относительно стенок отверстия 3) и служит для задания усилия сжатия рабочих элементов шарнира по его оси вращения О за счет усилия, передаваемого от гаек 13 стяжного элемента 12 на наружные поверхности шайб 1. Последние установлены в углублениях 9 с возможностью поворота относительно первого рычага, в котором эти углубления 9 выполнены. Это обеспечивается, например, тем, что размер углубления незначительно превышает диаметр шайбы 1, а диаметр отверстия 10 также незначительно превышает размеры поперечного сечения выступов 2 и 4. При этом, шайбы 1, благодаря их жесткой, относительно оси вращения шарнира О, связи с проушиной 7 второго рычага, за счет зацепления выступов 4 с полостями 11 отверстия 8 проушины 7, образуют с ней монолитный блок деталей шарнира, работающих совместно во время взаимного перемещения друг относительно друга концов первого и второго рычагов. Этим обеспечивается симметричность конструкции и увеличивается число поверхностей трения в шарнире, которыми являются внутренняя поверхность каждой шайбы 1, сопряженная с дном своего углубления 9 щек 6 первого рычага, и внутренние поверхности щек 6 первого рычага, сопряженные с соответствующими им наружными поверхностями проушины 7.

Расположение торцов выступов 4 в полостях 11 отверстия 8 с зазором друг относительно друга обеспечивает упругость конструкции в поперечном направлении.

Шарнирное соединение работает следующим образом

Перемещение рычагов держателя друг относительно друга производится под воздействием внешней силы. При достижении необходимого взаимного положения рычагов держателя, внешнюю нагрузку снимают и их взаимное перемещение прекращается.

Фиксация положения рычагов держателя друг относительно друга при отсутствии внешнего воздействия обеспечивается за счет сил трения, возникающих на контактирующих поверхностях деталей шарнира: плоских поверхностей проушины 7 с внутренними плоскими поверхностями щек б и поверхностей сопряжения шайб 1 с углублениями 9, в которых они установлены. Благодаря зацеплению выступов 4 шайб 1 с полостями 11 отверстия 8 проушины 7, образуется жесткая связь относительно оси шарнира между шайбами 1 и проушиной 7, что обуславливает возникновение момента

трения на всех указанных поверхностях контакта, суммарное значение которого определяется формулой

Pef (R+r-R r/Ri +r-+R + 5+r-Rir/R+r),

где Рб - усилие затяжки болтового соединения;

f - коэффициент трения: R - наружный радиус проушины 7 и 10 щек 6;

RI - наружный радиус шайб 1: г- наружный радиус выступов 2 шайб 1. Для конкретной конструкции величина силы трения, необходимая для фиксации 15 шарнира в рабочем положении, определяется заданием усилия Рб затяжки стяжного элемента 12 (болтового соединения) с учетом реальных условий применения шарнира.

0При возникновении поперечных сил,

параллельных оси вращения шарнира, действующих на его излом, симметричность шарнирного соединения позволяет ему работать как монолитный элемент (блок, стя- 5 нутый стяжным элементом 12), за счет возникновения контакта между наружным ребром одной из щек 6 вилки 5 с расположенной рядом поверхностью проушины 7, чем обеспечивается более равномерное 0 распределение нагрузки на весь блок и исключение ослабленных участков, по которым возможна потеря упругости системы

Усилия, возникающие в зоне соединения проушины 7 с телом рычага на конце 5 которого она выполнена (наиболее уязвимая по прочности зона), существенно ниже усилий, возникающих в других зонах системы, чем, соответственно, снижается опасность излома шарнира при поперечных 0 нагрузках на него.

Как показали испытания, прочность заявляемого шарнирного соединения, обусловливающая повышение срока его службы, выше, чем в прототипе. Так, приложение 5 поперечных нагрузок на шарнир, выполненный по прототипу, ведет к его излому в местах соединения петель с рычагами при нагрузках, порядка Рмакс.

Приложение поперечных нагрузок даже 0 порядка 4РМакс к излому шарнира по изобретению не приводит, что существенно повышает его надежность и долговечность в сравнении с прототипом.

Кроме того, поскольку по сравнению с 5 прототипом в заявленном решении имеется дополнительная соста пяющая момента трения, обусловленная наличием в системе шарнира большего числа контактных поверхностей трения, для создания такой же, как в прототипе, величины момента трения, при

прочих рарных условиях, величина усилия затяжки стяжного элемента по сравнению с прототипом уменьшается, ч го позволяет дополнительно повысить срок службы держателя с шарнирным соединением по за- являемому решению до 15 -20 тыс. циклов (в протснипе 10 12тыс. циклов)за счегоблегче- пия условий работы соединения.

Разработанная конструкция шарнира обуславливает также возможность исиогов- лени сопрягаемых рычагор держателя в виде замкнутых контуров в их поперечном сечении (в прототипе двутавровый кошур) при высокой технологичности процесса его

ИЗГОГОВЛеНИЯ, ЧТО СПаСОбСН:У Г ЗКЖО НОВЫ-

шению прочности на излом г.змих рычагов держателя при действии на них r,i p чива- ющих нагрузок. Изобретение рал1пиог-тно с целью модернизации cys teci . шарнира электрододержателя к зппара- там для УВЧ-терапии и будет использоваться п их составе. Возможно также использование изобретения в держателях рычажного типа, применяемых в других областях техники.

Формула изобретения Шарнирное соединение, содержащее дпа рычага, сопряженные друг с другом по плоским поверхностям со сквозными, осевыми, соосными отверстиями на их концах, две шайбы с выступами со стороны сопряженных поверхностей, стяжной резьбовой элемент, установленный в отверстиях шайб, выступы которых размещены в отверстиях концов рычагов, отличающееся тем, что, с целью повышения срока службы соединения путем увеличения прочности шарнира на излом, шайбы снабжены по меньшей мере одним дополнительным выступом, конец первого рычага выполнен в виде вилки с углублениями под шайбы на наружных поверностях щек, конец второго рычага выполнен в виде проушины, размещенной между упомянутыми щеками, стенки сквозного отверстия проушины под соединительный элемент снабжены полостями, сообщенными с ним и ответными выступами шайб, а торцы выступов расположены с зазором но отношению друг к другу.

Использование для держателей физиотерапевтических аппаратов. Сущность изобретения: с шарнирном соединении, содержащем два рыча а, сопряженные друг с другом по плоским поверхностям со сквозными цилиндрическими, осевыми, соосными отверстиями на их концах, две шайбы с выступами со стороны сопряженных поверхностей и стяжной резьбовой элемент, установленный в отверстиях шайб, выступы которых размещены в отверстиях концов рычагов, шайбы снабжены по меньшей мере дополнительным выступом конец первого рычага выполнен в виде вилки с углублениями под шайбы на наружных поверхностях щек, конец второго рычага выполнен в виде проушины, размещенной между щеками, стенки сквозного отверстия проушины под соединительный элемент снабжены полостями, сообщенными с ним и ответными выступами шайб, а торцы выступов расположены с зазором по отношению друг к другу Зил.

7

Фиг.З

I