ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к шарнирным соединениям и преимущественно может быть использована в развертываемых стержневых конструкциях, применяемых, например, в космической технике.
Известны шарнирные соединения трансформируемого каркаса рефлектора развертываемой антенны (RU 2084994 С1, 1997, фиг.5, 7), трансформируемой конструкции (RU 2167789 С1, 2001, фиг.1, поз.13, 14) и развертываемого крупногабаритного космического рефлектора (RU 2214659 С2, 2003, фиг.4, поз.10, фиг.7, поз.11), которые в общей для них части содержат корпус, установленную на корпусе вилку с осью и стержневой элемент с проушиной, охватываемой вилкой и установленной на оси с возможностью поворота.
Вместе с тем, отсутствие в конструкциях этих шарнирных соединений упругих элементов, силы упругости которых могли бы быть использованы для развертывания трансформируемых конструкций, приводит к тому, что развертывание конструкций осуществляют силами космонавтов или с помощью предназначенных для этого приводов.
Наиболее близким по конструкции к настоящей полезной модели является шарнирное соединение раскрывающегося сферического космического отражателя (RU 94767 U1, 2010, фиг.2), которое служит для соединения стержневых элементов меридианных ребер. Шарнирное соединение, являющееся ближайшим аналогом, содержит корпус с петлей, которая образована установленной на корпусе осью и вилкой, установленной на оси с возможностью поворота относительно корпуса, и установленный на вилке полый стержневой элемент, причем вилка подпружинена относительно корпуса пружиной кручения, размещенной на оси и охватываемой вилкой.
В результате складывания раскрывающегося сферического космического отражателя при подготовке его к запуску пружины каждого шарнирного соединения, являющегося ближайшим аналогом, скручиваются, что позволяет использовать их силы упругости для последующего развертывания отражателя на орбите и поэтому не требует применения привода.
Вместе с тем, недостаток шарнирного соединения, являющегося ближайшим аналогом, заключается в том, что значение момента, создаваемого силой упругости пружины кручения и обеспечивающего раскрытие конструкции, оказывается существенно ограниченным, что обусловлено возможностью использования в этом шарнирном соединении только пружины кручения и ограничениями, накладываемыми на размеры используемой пружины размерами охватывающей ее вилки.
Задачей настоящей полезной модели является повышение момента силы, создаваемого пружиной шарнирного соединения.
Поставленная задача решена, согласно настоящей полезной модели, тем, что шарнирное соединение, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, корпус с осью и полый стержневой элемент, установленный на оси с возможностью поворота и подпружиненный относительно корпуса пружиной, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено гибкой тягой, расположенной в полости стержневого элемента, пружина выполнена в виде пружины растяжения или сжатия и установлена в полости стержневого элемента с возможностью взаимодействия одним концом со стержневым элементом, а другим концом с одним концом гибкой тяги, причем другой конец гибкой тяги прикреплен к корпусу в месте, обеспечивающем возможность возникновения плеча силы упругости пружины относительно оси.
При этом гибкая тяга расположена внутри пружины и выполнена в виде металлического тросика.
Снабжение шарнирного соединения гибкой тягой, расположенной в полости стержневого элемента, и выполнение его пружины в виде пружины растяжения или сжатия, установленной в полости стержневого элемента с возможностью взаимодействия одним концом со стержневым элементом, а другим концом с одним концом гибкой тяги, позволяет использовать в конструкции шарнирного соединения пружину сжатия или растяжения, возможная длина которой, в принципе, ограничена только длиной полого стержневого элемента и которая поэтому дает возможность возникновения при ее деформации большей силы упругости, чем в ближайшем аналоге. В результате этого, поскольку другой конец гибкой тяги прикреплен к корпусу в месте, обеспечивающем возможность возникновения плеча силы упругости пружины относительно оси, возникает момент силы упругости пружины относительно оси, значение которого оказывается большим по сравнению с ближайшим аналогом.
Кроме того, в отличие от ближайшего аналога, в котором значение плеча силы упругости пружины кручения ограничено размерами вилки, охватывающей эту пружину, здесь рациональный выбор места прикрепления гибкой тяги к корпусу позволяет обеспечить большее значение плеча силы упругости пружины, что также способствует повышению момента силы упругости пружины.
Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи настоящей полезной модели благодаря наличию у шарнирного соединения перечисленных выше отличительных признаков.
На фиг.1 показан внешний вид шарнирного соединения при его развернутом положении, где 1 - корпус, 2 - стержневой элемент, 3 - вилка, 4 - ось, 5 - ось крепления тяги и 6 - заклепка.
На фиг.2 показан вертикальный разрез шарнирного соединения, показанного на фиг.1, в случае использования в его конструкции пружины сжатия, где 7 - гибкая тяга, 8 - пружина, 9 - паз корпуса, 10 - втулка и 11 - обжимной элемент.
На фиг.3 показан разрез по А-А фиг.2.
Шарнирное соединение содержит металлические корпус 1 и вилку 3 с полым цилиндрическим наконечником, которая охватывает корпус 1 и установлена на оси 4 с возможностью поворота относительно корпуса 1. Концы оси 4, выступающие из вилки 3, развальцованы. Шарнирное соединение содержит полый стержневой элемент 2, который выполнен из металла или полимерного материала, например, в форме цилиндра, установлен на цилиндрическом наконечнике вилки 3 и закреплен с помощью заклепок 6.
Внутри стержневого элемента 2 установлена пружина 8 сжатия, которая упирается одним концом через втулку 10, в которой выполнено отверстие, в торец цилиндрического наконечника вилки 3. Шарнирное соединение также содержит гибкую тягу 7, которая выполнена, например, в виде металлического тросика, расположена внутри стержневого элемента 2 и пружины 8, протянута через отверстия втулок 10 и полость цилиндрического наконечника вилки 3 и взаимодействует с другим концом пружины 8 через втулку 10. Один конец (левый на фиг.2) гибкой тяги 7 продольно зафиксирован относительно втулки 10, например, с помощью узла, а другой ее конец размещен в вертикальном (по расположению на фиг.2) пазу 9 корпуса и прикреплен к корпусу 1 с помощью оси 5 крепления тяги, установленной в отверстии корпуса 1 с возможностью поворота. Для указанного прикрепления гибкая тяга 7 пропущена через выполненное в оси 5 крепления тяги отверстие, а ее выступающий конец зафиксирован от продольных перемещений обжимным элементом 11. Место установки оси 5 крепления тяги на корпусе 1 выбрано так, чтобы обеспечивалась возможность возникновения плеч силы упругости пружины 8, действующей вдоль гибкой тяги 7, относительно оси 4, как при горизонтальном, так и при вертикальном (по расположению на фиг.2) положении стержневого элемента 2.
В случае использования в качестве пружины 8 пружины растяжения, что на чертежах не показано, левый (по расположению на фиг.2) конец пружины может быть прикреплен к стержневому элементу, например, с помощью проушины, установленной внутри стержневого элемента и закрепленной в выполненных в нем отверстиях, а к правому (по расположению на фиг.2) концу пружины может быть аналогичным образом с помощью втулки прикреплена гибкая тяга. Однако, с точки зрения простоты изготовления и сборки шарнирного соединения, предпочтительным является использование в качестве пружины 8 пружины сжатия, проиллюстрированное фиг.2.
При сборке шарнирного соединения пружину 8 с пропущенной через нее гибкой тягой 7 и с надетыми на гибкую тягу 7 втулками 10 вставляют внутрь стержневого элемента 2, пропускают гибкую тягу 7 через отверстие полости цилиндрического наконечника вилки 3, вставляют цилиндрический наконечник вилки 3 в стержневой элемент 2 и фиксируют с помощью заклепок 6. Затем устанавливают вилку 3 на оси 4 корпуса 1 при горизонтальном положении (по расположению на фиг.2) стержневого элемента 2 и прикрепляют гибкую тягу 7 к корпусу 1 с помощью оси 5 крепления тяги, пропуская гибкую тягу 7 через выполненное в оси 5 крепления тяги отверстие и фиксируя выступающий конец гибкой тяги 7 обжимным элементом 11, так, чтобы пружина 8 была в некоторой степени сжата, чем обеспечивается фиксация стержневого элемента 2 в этом его положении относительно корпуса 1 при дальнейшем использовании шарнирного соединения.
При использовании шарнирного соединения в составе развертываемой стержневой конструкции последняя устанавливается на космический аппарат и выводится вместе с ним на орбиту в свернутом положении, когда стержневой элемент 2 занимает вертикальное положение (по расположению на фиг.2), показанное штриховыми линиями. В результате такого свертывания стержневой конструкции и перевода стержневого элемента 2 в вертикальное положение гибкая тяга 7, прикрепленная одним своим концом к корпусу 1 поворачивающейся осью 5 крепления тяги, взаимодействует другим своим концом через втулку 10 с пружиной 8 и еще более ее сжимает.
После вывода космического аппарата на орбиту, когда фиксирующие элементы освобождают свернутую стержневую конструкцию, в результате действия силы упругости пружины 8 вдоль гибкой тяги 7 и наличия плеча этой силы относительно оси 4 (на фиг.2 расстояние по горизонтали от центра оси 4 до точки фиксации гибкой тяги 7 осью 5 крепления тяги) возникает момент силы упругости пружины 8, которым вилка 3 со стержневым элементом 2 поворачиваются относительно корпуса 1 на оси 4 в развернутое положение (горизонтальное по расположению на фиг.2) до упора вилки 3 в корпус 1.
В итоге стержневая конструкция в целом переходит в развернутое положение, причем сила упругости пружины 8, находящейся при развернутом положении конструкции в сжатом состоянии, создает относительно оси 4 момент силы, который обеспечивает прижатие вилки 3 к корпусу 1 и препятствует повороту относительно корпуса 1 вилки 3 со стержневым элементом 2, обеспечивая жесткость стержневой конструкции.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение момента силы, создаваемого пружиной шарнирного соединения.