ЗАМКОВОЕ УСТРОЙСТВО
LOCKING DEVICE

Изобретение относится области машиностроения, в частности к устройствам, обеспечивающим замыкание и разделение двух элементов конструкции.
Известен быстроразъемный шариковый замок (а.с. 591631, F16B 2/16) для многоразовой стыковки и автоматической расстыковки, содержащий корпус, втулку-сепаратор, шток с кольцевой конической канавкой, кольцевые ряды шариков, запирающую силовую втулку.
Однако в данном быстроразъемном шариковом замке не обеспечивается равномерное распределение нагрузок по шарикам. Шарики расположены в круглых отверстиях сепараторов и передают нагрузку на боковую поверхность отверстий через сепараторы. Отверстия выполнены перпендикулярно оси замка. За счет неточностей при перестановке положения детали или инструмента при выполнении отверстий оси отверстий смещены относительно их общей плоскости. Также существует погрешность в выполнении каждого из отверстий по величине диаметра, в результате чего возникает неплоскостность и неравномерность расположения относительно оси замка опорных поверхностей сепаратора, на которые опираются шарики, т.е. не все опорные поверхности передают усилие и не все шарики участвуют в передаче усилия. Это приводит к необходимости иметь больше шариков для передачи усилия, боковой неравномерности передачи усилия на шток, появлению дополнительных боковых усилий трения на штоке и соответственно к необходимости больших усилий при расстыковке и соответственно приводит к увеличению массы устройства и уменьшению ресурса.
Близким по технической сущности является замковое устройство (а.с. 540064, F16В 2/16), содержащее захватываемый упор с коническим буртиком, жестко установленный на одной соединяемой детали, и захватывающий механизм, подвижно установленный в отверстие второй соединяемой детали и выполненный в виде двух концентричных и подпружиненных втулок, приводного поршня, шариков, размещенных между конусом буртика упора, торцевой расточкой внутренней втулки и буртиком наружной втулки. Осевая нагрузка воспринимается конусом упора и буртиком наружной втулки второй соединяемой детали. Во внутренней втулке размещена подпружиненная подвижная втулка. При срабатывании замка на открытие после перемещения внутренней втулки и перемещения за упором подпружиненной подвижной втулки шарики заполняют образовавшуюся кольцевую полость и занимают произвольное положение. Так как в состыкованном положении замкового устройства при удержании передается большое усилие, то в местах контакта с передающими усилие шариками от этого воздействия их высокопрочных поверхностей остаются небольшие углубления. При повторной состыковке шарики занимают любое другое произвольное положение, при этом часть шариков может попасть в те же углубления, а часть нет. Нагрузка через шарики будет передаваться неравномерно. Часть шариков не будут передавать нагрузку в полной мере. При такой конструкции замок надо переразмеривать на увеличение для передачи требуемого усилия. Кроме того из-за образования углублений на контактирующих с шариками поверхностях появляется неравномерная поперечная нагрузка. Это требует увеличения усилия при расстыковке и увеличения массы и габаритов создающего усилие механизма, например поршня. Кроме того при расстыковке и стыковке в горизонтальном положении шарики за счет силы тяготения окажутся в нижней части кольцевой канавки. При повторной стыковке потребуется дополнительное усилие для обеспечения их перераспределения и перемещения вверх по кольцевой проточке. Это также приводит к дополнительному повреждению ограничивающих шарики деталей и уменьшению ресурса работы замкового устройства. Результатом этого является увеличение массы замкового устройства и уменьшение ресурса.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение постоянства положения шариков в замковом устройстве при многократных стыковках и расстыковках.
Сущность изобретения заключается в том, что в замковом устройстве, содержащем захватываемый упор с коническим буртиком, жестко установленный на одной соединяемой детали, и захватывающий механизм, подвижно установленный в отверстие второй соединяемой детали и выполненный в виде двух концентричных и подпружиненных втулок, приводного поршня, шариков, размещенных между конусом буртика упора, торцевой расточкой внутренней втулки и буртиком наружной втулки, введена втулка с прорезями для размещения шариков, взаимодействующая с буртиком наружной втулки. Кроме того втулка с прорезями может быть подпружинена к буртику наружной втулки. При этом наружная втулка может быть снабжена элементами угловой фиксации в соединяемой детали, наружная и внутренняя втулки могут быть снабжены элементами угловой фиксации друг относительно друга, а также втулка с прорезями для размещения шариков может быть снабжена элементами угловой фиксации относительно внутренней втулки.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является уменьшение габаритов и массы устройства, увеличение ресурса работы замкового устройства, уменьшение усилий на приводе расстыковки замкового устройства.
Сущность изобретения поясняется фигурами:
фиг.1 - замковое устройство в закрытом положении;
фиг.2 - замковое устройство в открытом положении;
фиг.3 - устройство в закрытом положении с втулкой с прорезями для размещения шариков, подпружиненной к буртику наружной втулки;
фиг.4 - устройство в открытом положении с втулкой с прорезями для размещения шариков, подпружиненной к буртику наружной втулки.
Замковое устройство соединяет две детали 1 и 2, на одной из которых жестко установлен захватываемый упор 3 с коническим буртиком 4, а в другой подвижно установлен захватывающий механизм, выполненный в виде наружной 5 и внутренней 6 втулок, подпружиненных относительно друг друга пружиной 7; шариков 8, размещенных между конусом буртика 4, торцевой расточкой 9 внутренней втулки 6 и буртиком 10 наружной втулки 5. В наружной втулке 5 расположена взаимодействующая с буртиком 10 втулка 11 с прорезями 12, в которых размещены шарики 8. Втулка 11 с прорезями может быть подпружинена к буртику 10 пружиной 13 (см. фиг.3). Во внутренней втулке 6 размещена подпружиненная подвижная втулка 14. Захватывающий механизм снабжен поршнем 15 с удлиненным концом, взаимодействующим с упором 3. Гайка 16 установлена на наружной втулке 5 и создает стягивающее усилие между деталями 1 и 2. На наружной втулке 5 могут быть выполнены элементы фиксации 17, обеспечивающие однозначное угловое положение относительно соединяемой детали 2, имеющей ответные пазы. Также внутренняя втулка 6 может быть снабжена пазом 18, а наружная втулка 5 - штифтом 19 для обеспечения их взаимного фиксированного углового положения. Подпружиненная втулка 11 с прорезями для шариков 8 может быть снабжена пазом 20, а внутренняя втулка 6 - штифтом 21 для обеспечения их взаимного фиксированного углового положения. Для обеспечения фиксированного углового положения могут использоваться другие любые конструктивные элементы.
Замковое устройство работает следующим образом. В закрытом положении замкового устройства стягивающее усилие между деталями 1 и 2, создаваемое гайкой 16, передается через шарики 8 на поверхности, с которыми они взаимодействуют: конус буртика 4, торцевую расточку 9 внутренней втулки 6 и буртик 10 наружной втулки 5. При необходимости раскрытия замкового устройства внутреннюю втулку 6 принудительно с усилием, например с помощью тяги, подачи давления на поршень 15 или другого механизма (не показано), перемещают в противоположную от упора 3 сторону, сжимая пружину 7, освобождая шарики 8 и радиально раздвигая их подвижной подпружиненной втулкой 14. При этом шарики 8 остаются в прорезях 12 втулки 11. Втулка 11 не воспринимает осевые нагрузки. Под действием удлиненного конца поршня 15, воздействующего на упор 3, происходит расталкивание деталей 1 и 2. Замковое устройство расстыковано.
Перед повторной стыковкой гайку 16 отворачивают на несколько оборотов для снижения усилия стягивания. Осуществляют движение детали 1 навстречу детали 2. Торец упора 3 перемещает подпружиненную подвижную втулку 14 и поршень 15, освобождая шарики 8, остающиеся при этом в прорезях 12 втулки 11. Подпружиненная втулка 6 под воздействием пружины 7 перемещается в сторону упора 3 и торцевой расточкой 9 перемещает шарики 8 радиально к оси устройства, которые благодаря снижению стягивающего усилия легко возвращаются в исходное положение, т.е. соприкасаются с коническим буртиком 4 упора 3. Причем каждый из шариков 8, находясь в пазах 12 втулки 11, не препятствует перемещению других шариков. Последующая затяжка гайки 16 создает стягивающее усилие между соединяемыми деталями 1 и 2. Замковое устройство состыковано.
При обеспечении фиксированного углового положения между наружной 5 и внутренней 6 втулками, а также между внутренней втулкой 6 и втулкой 11 шарики 8 попадают строго на одни и те же места, что обеспечивает равную по величине между шариками передачу усилия, в результате чего обеспечивается максимальный ресурс срабатываний и минимальное расчетное количество шариков для передачи усилия, и соответственно минимальный габарит и масса. Даже без обеспечения фиксированного углового положения между вышеперечисленными деталями, соединение будет проходить с меньшим усилием, что важно при ручной стыковке, так как нет необходимости перераспределять шарики по кольцевой проточке с большего диаметра на меньший и поднимать их вверх при горизонтальной стыковке, в результате чего они могут привести к нарушению передающих усилие поверхностей.