РУЧНОЙ ИНСТРУМЕНТ
HAND TOOL

Изобретение относится к ручным орудиям труда для хозяйственных и садово-огородных работ, преимущественно для копки и рыхления почвы, борьбы с сорняками, уборки снега, а также песка, гравия, грунта и других сыпучих материалов.
Известна конструкция лопаты, содержащая рабочий орган и разборную рукоятку, составные части которой имеют резьбовые элементы в торцевых частях для соединения друг с другом (Патент US 20200131726, МПК Е01Н 5/061,30.04.2020).
В данной конструкции инструмента невозможно регулировать длину рукоятки, а изготовление элементов ее соединения недостаточно технологично.
Известна складная лопата, содержащая полотно и рукоятку из составных элементов с промежуточной секцией, которые телескопически соединены вместе, а также подпружиненные фиксирующие средства, входящие в совмещенные отверстия соединяемых элементов (Патент US 20030184104, МПК А01В 1/022, 10.02.2003).
У данного инструмента не исключаются люфты в телескопических соединениях, что снижает удобство пользования им.
Известна также универсальная лопата для уборки снега и сыпучих материалов, содержащая рабочий орган, рукоятку и ручку, а также средства для телескопического соединения рабочего органа и ручки с рукояткой в требуемом положении, причем средство для телескопического соединения включает болт с гайкой и стопорный штифт, расположенные в поперечном направлении телескопического соединения, при этом болт размещен в открытых спиралевидных пазах на рукоятке, а стопорный штифт помещен в сквозные отверстиях телескопического соединения (Патент US 20110175381, МПК А01В 1/02, Е01Н 5/02, 21.07.2011).
Здесь также присутствуют люфты в телескопических соединениях, а наличие дополнительных стопорных штифтов усложняет узел телескопического соединения.
Известна конструкция ручного культиватора, содержащая вертикальную стойку с рабочим органом и поворотную рукоятку, которые телескопически соединены между собой с возможностью дискретного изменения положения рукоятки относительно стойки, причем телескопическое соединение, включает принимающий элемент в виде полой стойки со сквозными поперечными отверстиями и вставной элемент в виде переходного элемента поворотной рукоятки с рядом сквозных поперечных отверстий, размещенного в полости принимающего элемента, а также средство фиксации в виде болта с гайкой, которое размещено в совмещенных сквозных поперечных отверстиях принимающего и вставного элементов с возможностью передачи усилий в их продольном и окружном направлениях стержневой частью болта при взаимном перемещении принимающего и вставного элементов, а также, по меньшей мере, головкой болта или гайкой на принимающий элемент в его поперечном направлении (Патент на полезную модель RU 197048, МПК А01В 1/06, 26.03.2020).
Данная конструкция проста в реализации, требует минимум элементов для выполнения телескопического соединения и позволяет при необходимости регулировать длину инструмента.
Поскольку в культиваторе используются стандартные тонкостенные трубы, то их соединение имеет значительные зазоры между внешним диаметром внутренней трубы и внутренним диаметром наружной трубы. Это приводит к существенным люфтам сопрягаемых частей культиватора в процессе работы, что снижает удобство пользования инструментом, а также приводит к дополнительным «разбиениям» поперечных отверстий из-за увеличенных динамических воздействий в телескопическом соединении вследствие свободных относительных перемещений соединяемых конструктивных элементов, что уменьшает срок службы культиватора.
Кроме того, реализованное в ручном культиваторе телескопическое соединение неудобно в случаях частого регулирования высоты инструмента, поскольку для этого приходится полностью развинчивать резьбовое соединение, вынимать болт из поперечных отверстий и после взаимного смещения стойки и рукоятки повторять эти операции в обратной последовательности.
Конструктивной особенностью примененного в ручном культиваторе телескопического соединения является зависимость величины люфтов от соотношения внутреннего размера принимающего элемента и наружного размера вставного элемента. Чем больше разница между указанными размерами, тем большие величины люфтов имеют место в соединении. Необходимость минимизации указанной разницы размеров снижает уровень унификации сопрягаемых элементов соединений в ряде конструкций инструментов, предполагающих их трансформацию в различные модификации.
Задачей изобретения является снижение люфтов в телескопическом соединении ручных инструментов в процессе эксплуатации, расширение номенклатуры используемых в узле резьбовых соединительных элементов, повышение удобства пользования, особенно в сборно-разборных конструкциях инструментов, и уровня унификации в трансформируемых видах ручных инструментов.
Поставленная задача достигается тем, что ручной инструмент, также как в прототипе, содержит рабочий орган и рукоятку, выполнен с по меньшей мере одним телескопическим соединением, включающим принимающий элемент с полостью и вставной элемент, размещенный в полости принимающего элемента, а также по крайней мере одно средство фиксации в виде резьбового соединения со стержневой частью и двумя нажимными частями, которое размещено в совмещенных сквозных поперечных отверстиях принимающего и вставного элементов с возможностью передачи усилий стержневой частью средства фиксации на принимающий и вставной элементы в их продольном и окружном направлениях, а также первой нажимной частью средства фиксации на принимающий элемент в его поперечном направлении.
Согласно изобретению одно из отверстий принимающего элемента выполнено большего размера по меньшей мере в одном из направлений в сравнении с рядом расположенным отверстием вставного элемента, а вторая нажимная часть средства фиксации размещена в отверстии принимающего элемента большего размера с возможностью передачи усилия на вставной элемент в его поперечном направлении и на принимающий элемент в его продольном и окружном направлениях.
Сущность предлагаемого технического решения состоит, во-первых, в том, что фиксация взаимного положения отдельных элементов ручного инструмента переводится из разряда фиксации с люфтом в разряд фиксации без люфта. Это особенно важно для ручных инструментов, работающих с переменной и знакопеременной нагрузками, к числу которых относится, например, ручной культиватор на фиг. 1. Данный ручной инструмент 1 состоит из съемного рабочего органа 2 в виде асимметричных вил с принимающим элементом 3 в виде тулейки, в которой размещен вставной элемент 4 в виде стойки и зафиксирован в ней с помощью средства фиксации 5. В свою очередь, вставной элемент 4 в виде стойки установлен в полости базового элемента 6 с задней ручкой 7 и с передней ручкой 8. Телескопические соединения вставного элемента 4 в виде стойки с базовым элементом 6, а также базового элемента 6 с ручками 7, 8 зафиксированы средствами фиксации 5. При работе с рассмотренным ручным инструментом поворотного типа каждое его телескопическое соединение подвержено знакопеременным нагрузкам разной степени интенсивности вдоль соединения и в его окружном направлении, что при наличии в них люфтов, как это имеет место в прототипе, сопровождается возникновением дополнительных динамических нагрузок и постепенным разбиением мест сопряжения элементов телескопических соединений. Кроме того, наличие люфтов в телескопических соединениях снижает удобство работы с ручным инструментом.
Выполнение телескопических соединений в прототипе исключает значительные перемещения их составных элементов относительно друг друга, но не препятствует их свободным взаимным смещениям в пределах существующих технологических зазоров. Поэтому в заявленном техническом решении предлагается обеспечить прижатие вставного элемента 4 телескопического соединения к внутренней стенке его принимающего элемента 3 благодаря обеспечению проникновения нажимной части средства фиксации (например, головки болта в прототипе) через увеличенное отверстие в принимающем элементе до упора во вставной элемент. В результате по меньшей мере часть зазоров в телескопическом соединении полностью выбирается, а в ряде направлений ограничивается взаимное перемещение элементов соединения за счет возникающих повышенных сил трения, создаваемых благодаря осевому усилию резьбового соединения. В итоге практически исключаются отрицательные явления, вызванные наличием люфтов в местах соединений при рабочих нагрузках инструмента.
Для компенсации упругих деформаций, возникающих в узле соединения при высоких нагрузках, предлагается нажимную часть средства фиксации разместить в увеличенном отверстии принимающего элемента с возможностью опираться на стенки увеличенного отверстия и, соответственно, передавать усилия на принимающий элемент в его продольном и окружном направлениях при возможных упругих деформациях в телескопическом соединении. В результате несущая способность средства фиксации на изгиб возрастает, а возможные смещения элементов телескопического соединения уменьшаются при заданных силовых нагрузках.
При необходимости замены одного рабочего органа 2 на другой, например, на более узкие вилы в инструменте на фиг. 1 в прототипе потребовалось бы полностью развинтить болтовое соединение средства фиксации 5 и вынуть болт из сквозных закрытых отверстий принимающего и вставного элементов 3, 4. В предлагаемых вариантах заявленного технического решения со сквозными открытыми отверстиями на принимающем или на вставном элементах 3, 4 возможно лишь частичное откручивание резьбового соединения, что ускоряет процесс замены рабочего органа 2 и повышает удобство пользования инструментом при одновременном обеспечении практически безлюфтового соединения.
Предлагаемое техническое решение позволяет в безлюфтовом варианте соединять между собой элементы с существенно различающимися посадочными размерами, что может повысить уровень унификации, например, при трансформации ручного инструмента из одной модификации в другую, как это показано на фиг. 2. Здесь ручной инструмент 1 представляет собой снеговую лопату, рабочий орган 2 которой телескопически соединен с рукояткой, на конце которой также телескопически закреплена задняя ручка 7. Причем в первой модификации рукоятка состоит из изогнутой части 9 и сменной части 10, которые также соединены телескопически, а во второй модификации, предназначенной для перевозки в автомобиле, сменная часть 10 изъята из состава инструмента 1. Все телескопические соединения зафиксированы средствами фиксации 5. Поскольку диаметр сменной части 10 меньше диаметра изогнутой части 9, то при использовании конструкции телескопического соединения прототипа для реализации рассмотренных модификаций потребовалось бы иметь две задние ручки с разными диаметрами их принимающих элементов 3. В противном случае в удлиненном варианте ручного инструмента 1 соединение задней ручки 7 со сменной частью 10 имело бы недопустимые люфты, что не позволяло бы нормально работать с инструментом 1. Предлагаемое техническое решение практически исключает недопустимые люфты задней ручки 7 в соединении со сменной частью 10 меньшего диаметра в рассмотренном варианте инструмента 1 на фиг. 2.
На фиг. 1 представлен ручной инструмент в виде разборного ручного культиватора с рабочим органом в форме вил и с четырьмя телескопическими соединениями.
На фиг.2 показаны модификации ручного инструмента в виде разборной трансформируемой снеговой лопаты с тремя телескопическими соединениями в базовом варианте.
На фиг. 3 изображен возможный вариант выполнения телескопического соединения круглых тонкостенных элементов с минимальным зазором между ними и со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с полукруглой головкой, выполняющей функцию второй нажимной части.
На фиг. 4 приведен пример телескопического соединения круглых элементов со средством фиксации в виде винта и круглой гайки, выполняющей функцию второй нажимной части.
На фиг. 5 показано телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с потайной головкой, выполняющей функцию второй нажимной части, а также с выполнением зенковки отверстия под головку винта.
На фиг. 6 представлен вариант телескопического соединения квадратных тонкостенных элементов с минимальным зазором между ними, со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с потайной головкой, выполняющей функцию второй нажимной части и размещенной в отверстии боковой грани профиля, а также с прилеганием вставного элемента к боковой стенке принимающего элемента.
На фиг. 7 изображено телескопическое соединение квадратных элементов со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с круглой головкой, выполняющей функцию второй нажимной части и размещенной в отверстии боковой грани профиля, а также с прилеганием вставного элемента к боковой стенке принимающего элемента.
На фиг. 8 приведено телескопическое соединение квадратных тонкостенных элементов с минимальным зазором между ними, со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с полукруглой головкой и с дополнительной втулкой, выполняющих функцию второй нажимной части и размещенных в отверстиях в ребрах профилей.
На фиг. 9 представлено телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде шестигранной гайки и винта с потайной головкой и с пружинящей шайбой, выполняющих функцию второй нажимной части.
На фиг. 10 показано телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде гайки Эриксона и винта с полукруглой головкой, выполняющей функцию второй нажимной части.
На фиг. 11 изображено телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде винта-барашка и шестигранной гайки, выполняющей функцию второй нажимной части.
На фиг. 12 приведено телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде гайки-барашка и болта, шестигранная головка которого выполняет функцию второй нажимной части.
На фиг. 13 показано телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде гайки-барашка и болта с зауженной головкой, выполняющей функцию второй нажимной части, на стадии сборки соединения.
На фиг. 14 представлено телескопическое соединение на фиг. 13 в собранном состоянии.
На фиг. 15 продемонстрировано телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде гайки-барашка и болта с шестигранной головкой, выполняющей функцию второй нажимной части, при наличии открытых пазов в сквозных отверстиях принимающего элемента на стадии сборки соединения.
На фиг. 16 изображено телескопическое соединение на фиг. 15 в собранном состоянии.
На фиг. 17 приведено телескопическое соединение круглых элементов со средством фиксации в виде гайки-барашка и болта с шестигранной головкой и с разной шириной стержневой части при наличии открытых пазов в сквозных отверстиях вставного элемента на стадии сборки соединения.
На фиг. 18 показано телескопическое соединение на фиг. 17 в собранном состоянии.
На фиг. 19 представлено телескопическое соединение на фиг. 16 с увеличенной высотой второй нажимной части средства фиксации.
На фиг. 20 продемонстрировано телескопическое соединение на фиг.19 со вставным элементом уменьшенного внешнего диаметра.
Сущность предлагаемой конструкции ручного инструмента и достигаемые с ее помощью результаты можно дополнительно пояснить на различных примерах ее реализации. В качестве основного объекта, отличающего заявленный инструмент от известных технических решений, будет рассматриваться телескопическое соединение условных составных элементов ручных инструментов различного назначения для садовых и хозяйственных работ, в которых наилучшим образом и более полно проявляются полезные свойства предлагаемого телескопического соединения.
В процессе рассмотрения заявленного ручного инструмента будет использоваться понятие «рабочий орган», под которым будет пониматься элемент инструмента, взаимодействующий с рабочей средой, такой как, например, полотно лопаты, вилы, мотыги, грабли и т.п. Под «рукояткой» будет пониматься часть инструмента за которую держатся рукой или двумя руками, чтобы управлять инструментом, и которая соединена с рабочим органом. При этом рукоятка может представлять собой одну деталь или сборочную единицу из ряда элементов. В состав рукоятки может входить ручка, представляющая собой отдельный элемент для размещения на ней кисти пользователя. Под средством фиксации резьбового типа будет пониматься набор крепежных элементов на основе резьбы для разборного соединения деталей. В качестве крепежных элементов могут быть использованы винты, болты, шпильки, саморезы, гайки, шайбы различной конструкции стандартного и нестандартного исполнения. Под «стержневой частью» средства фиксации будет пониматься та его конструктивная часть, которая несет нагрузку на растяжение при выполнении крепежа. Данная часть может быть выполнена в виде единой детали, например, стержня винта или болта с наружной резьбой, либо состоять из нескольких деталей, например стержня винта и детали в виде втулки с внутренней резьбой и т.п. Под «нажимной частью» средства фиксации будет пониматься та его конструктивная часть, которая несет нагрузку на сжатие при выполнении крепежа. В первую очередь это головки винтов и болтов, шляпки гаек Эриксона, гайки и другие дополнительные элементы, такие как шайбы, в том числе пружинящие, устанавливаемые на стержневой части и также несущие нагрузку на сжатие. Следовательно, нажимная часть средства фиксации может состоять из нескольких элементов.
В одном из вариантов (фиг. 3) телескопическое соединение 11 представляет собой сопряжение частей, например, рукоятки инструмента 1 в форме стандартных тонкостенных труб наиболее близких диаметров, обеспечивающих минимальный зазор между ними в собранном виде. Здесь внешний принимающий элемент 3 имеет полость 12, в которой размещен вставной элемент 4 со смещением к стенке принимающего элемента 3. При этом образуется односторонний зазор 13 со стороны, противоположной направлению смещения вставного элемента 4. Средство фиксации 5 состоит из крепежного элемента в виде стандартного винта со стержневой частью 14 с наружной резьбой и со второй нажимной частью 16 в виде полукруглой головки винта, а также из первой нажимной части 15 в виде стандартной шестигранной гайки. Винт вставлен со стороны круглого отверстия большего размера 17 принимающего элемента 3 в сквозные круглые соосные отверстия 18 вставного элемента 4 и во второе круглое отверстие 19 в принимающем элементе 3 до упора второй нажимной части 16 во вставной элемент 4. На стержневую часть 14, выходящую за габариты принимающего элемента 3, навинчена первая нажимная часть 15 с моментом вращения, достаточным для создания усилий между сопрягаемыми элементами 3, 4 данного винтового соединения, обеспечивающих их взаимную неподвижность при возможных максимальных механических воздействиях на них в процессе эксплуатации. Диаметр отверстия большего размера 17 принимающего элемента 3 (в сравнении с рядом расположенным отверстием 18 вставного элемента 4) выбран из соображений обеспечения минимального зазора между ним и диаметром второй нажимной части 16 с учетом возможных технологических отклонений изготовления телескопического соединения 11, т.е. выполнена посадка с зазором. Боковая цилиндрическая поверхность головки винта в данном случае выполняет роль опорной поверхности 20 второй нажимной части 16 средства фиксации 5, которая имеет возможность опираться на внутреннюю поверхность отверстия большего размера 17 в случае смещения винта при приложении повышенных усилий к элементам телескопического соединения 11. Для увеличения площади контакта второй нажимной части 16 с внутренней поверхностью отверстия большего размера 17 винт выбран с достаточной высотой цилиндрической части головки. Здесь отверстие 17 выполнено большего размера в сравнении с рядом расположенным отверстием 18 как в продольном (вдоль осевых линий принимающего и вставного элементов 3, 4), так и в окружном (по окружностям в поперечных сечениях принимающего и вставного элементов 3, 4) направлениях.
В качестве второй нажимной части 16 с боковой цилиндрической опорной поверхностью 20 может быть использована круглая гайка, как это продемонстрировано на фиг. 4. В данном случае стержневая часть 14 средства фиксации 5 в виде винта введена через второе отверстие 19 принимающего элемента 3, сквозные соосные отверстия 18 вставного элемента 4 и отверстие большего размера 17 принимающего элемента 3, а затем на стержневую часть 14 навинчена вторая нажимная часть 16. Между боковой опорной поверхностью 20 круглой гайки и поверхностью отверстия большего размера 17 также существует минимальный зазор, чтобы была возможность второй нажимной части 16 упереться в принимающий элемент 3 при возникновении их взаимного смещения в пределах упругих деформаций. В данном варианте телескопического соединения 11 вставной элемент 4 также прижат к внутренней поверхности полости 12 принимающего элемента 3 благодаря выполненному резьбовому соединению с помощью винта с гайкой. При этом стержневая часть 14 винта работает на растяжение, а первая нажимная часть 15 (головка винта) и вторая нажимная часть 16 (круглая гайка) работают на сжатие в их опорных областях и передают усилие сжатия в поперечном направлении на принимающую часть 3 и на вставную часть 4.
Работают телескопические соединения 11 на фиг. 3, 4 ручного инструмента 1 следующим образом. В процессе управлении рукояткой инструмента 1 прикладываемые пользователем усилия воздействуют на элементы 3, 4 телескопического соединения 11 в различных направлениях. При этом средство фиксации 5 с использованием винта и гайки удерживает вставной элемент 4 от смещения в сторону удаления от стенки внутреннего элемента 3 вдоль стержневой части 14 благодаря предварительному прижатию вставного элемента 4 к стенке полости 12 принимающего элемента 3.
Вращение вставного элемента 4 вокруг оси стержневой части 14 винта предотвращается как за счет сил трения между элементами 3, 4, так и благодаря размещению вставного элемента 4 на вогнутой цилиндрической внутренней поверхности полости 12 принимающего элемента 3, которая ориентирует вставной элемент 4 вдоль оси принимающего элемента 3.
При возникновении достаточных усилий, превышающих силы трения и смещающих вставной элемент 4 вдоль осевой линии принимающего элемента 2, в общем случае, сначала могут быть выбраны технологические зазоры между сквозными отверстиями 18 и стержневой частью 14, затем будут выбраны зазоры между стержневой частью 14 и вторым отверстием 19 принимающего элемента 3. После этого может происходить наклон стержневой части 14 в пределах сквозных отверстий 18. В результате возникают поперечные составляющие усилий, которые способствуют упругим деформациям элементов 3, 4 и еще большему наклону стержневой части 14 с соответствующим дополнительным перемещением вставного элемента 4 вдоль принимающего элемента 3. На этапе взаимных перемещений элементов 3, 4 с наклоном стержневой части 14 стабилизирующую роль в рассматриваемых конструкциях играют созданные условия для ограничения указанного наклона стержневой части 14. Так, при упоре второй нажимной части 16 в виде головки винта (фиг. 3) или гайки (фиг. 4) в поверхность отверстия большего размера 17 возникает компенсирующее усилие со стороны принимающего элемента 3, которое дополнительно препятствует наклону стержневой части 14 и тем самым уменьшает смещение вставного элемента 4 вдоль принимающего элемента 2.
В случае передачи на вставной элемент 4 момента вращения вокруг его продольной осевой лини возникает компенсирующий момент со стороны стенок полости 12 принимающего элемента 3 и прижимного усилия резьбового соединения средства фиксации 5, что предотвращает значительное окружное смещение вставного элемента 4. Наличие в конструкциях на фиг. 3 4 возможности упереться второй нажимной частью 16 средства фиксации 5 в поверхность отверстия большего размера 17 также способствует снижению возможных смещений вставного элемента 4 относительно принимающего элемента 2 в окружном направлении.
Следовательно работа с инструментами 1 на фиг. 1, 2 будет выполняться без люфтов в телескопических соединениях.
Для снижения взаимного смещения вставного элемента 4 вдоль принимающего элемента 3 на стадии выборки технологических зазоров между сквозными отверстиями 18 и стержневой частью 14 в средстве фиксации 5 могут быть использованы элементы с конической частью, входящей, например, в отверстие 18 со стороны отверстия большего размера 17 принимающего элемента 3, как это изображено на фиг. 5. В рассматриваемом примере в качестве резьбового элемента применен стандартный винт с потайной головкой, коническая часть 21 которой входит в отверстие 18 вставного элемента 4 со стороны отверстия большего размера 17 принимающего элемента 3. Тем самым существующий зазор между второй нажимной частью 16 и отверстием 18 оказывается сразу же выбранным, что дополнительно уменьшает возможные взаимные смещения вставного элемента 4 и принимающего элемента 3.
Для того, чтобы роль боковой опорной поверхности 20 выполняла цилиндрическая часть потайной головки винта, отверстие 18 может быть выполнена с раззенкованной частью 22. С этой же целью можно несколько увеличить диаметр отверстия 18, расположенного рядом с отверстием 17, или выполнить его овальной формы с увеличенной шириной в продольном направлении телескопического соединения 11. При этом вторая нажимная часть 16 располагается так, что цилиндрическая часть потайной головки винта может контактировать по всей опорной поверхности 20 с цилиндрической поверхностью 23 отверстия большего размера 17.
В общем случае для обеспечения возможности контактирования опорной поверхности 20 второй нажимной части 16 с поверхностью 23 отверстия большего размера 17 при использовании принимающего и вставного элементов 3, 4 цилиндрической формы указанная опорная поверхность должна находиться в пределах расстоянии h от крайней точки внешней поверхности вставного элемента 4 вдоль стержневой части 14, удовлетворяющем условию
ПВ
ПВ
ПН
BH
где (ϕ=arcsin(S/(2⋅R)); S - размер второй нажимной части 16 в поперечном направлении телескопического соединения 11 в области опорной поверхности 20; R - радиус полости 12 принимающего элемента 3; R - наружный радиус принимающего элемента 3; R - наружный радиус вставного элемента 4.
ПB
ПH
BH
На основании выражения (1), например, для заданных параметров R, R, R можно выбрать крепежный элемент, параметр S которого и высота нажимной части 16 обеспечивают контактирование его опорной поверхности 20 со всей поверхностью 23 отверстия большего размера 17, что наиболее предпочтительно с точки зрения снижения контактных давлений.
Соединение принимающего и вставного элементов 3, 4, например, с квадратным сечением может быть выполнено как это изображено на фиг. 6. Здесь отверстия под средство фиксации 5 выполнены в гранях квадратного профиля. Для предотвращения вращения вставного элемента 4 вокруг оси стержневой части 14 он в данной конструкции подвинут вплотную к боковой грани 24 принимающего элемента 3. Размеры квадратных профилей и крепежного винта с конической головкой здесь выбраны такими, чтобы при наклоне стержневой части 14 осуществлялся контакт боковой опорной поверхности 20 с поверхностью 23 отверстия большего размера 17.
Дополнительно увеличить площадь подобного контакта можно, например, используя крепежные элементы с цилиндрической второй нажимной частью 16 увеличенной высоты (фиг. 7).
Соединение принимающего и вставного элементов 3, 4 с квадратным сечением может быть выполнено как это изображено на фиг. 8. Здесь в принимающем элементе 3 и вставном элементе 4 из квадратного профиля выполнены отверстия 17, 18, 19 в ребрах 25 профиля. Это позволяет надежно фиксировать вставной элемент 4 от вращения вокруг стержневой части 14. Для увеличения площади контакта опорной поверхности 20 полукруглой головки винта с поверхностью 23 отверстия большего размера 17 на стержневую часть 14 может быть одета опорная втулка 26, которая совместно с головкой винта образует вторую нажимную часть 16. При этом головка винта передает усилие сжатия на опорную втулку 26, а та в свою очередь на ребро 25 вставного элемента 4.
В случае необходимости размещения вставного квадратного элемента 4 в средней части полости 12 принимающего квадратного элемента 3 требуется использовать по крайней мере пару средств фиксации 5 и располагать их в группах соосных отверстий 17, 18, 19, разнесенных вдоль телескопического соединения 11 для создания достаточного компенсирующего момента, противодействующего вращению вставного элемента 4 вокруг стержневой части 14.
В целях уменьшения зазоров между второй нажимной частью 16 и отверстием большего размера 17 в качестве средства фиксации 5 может быть использован винт с потайной головкой, шестигранной гайкой и шайбой 27 Гровера (фиг. 9). В этом случае шайба 27 и потайная головка составляют вторую нажимную часть 16. При этом потайная головка своей конической частью 21 передает нажимное усилие на шайбу 27 и через нее на вставной элемент 4 в его поперечном направлении. Одновременно на шайбу 27 передается усилие, расширяющее шайбу 27 Гровера до упора опорной поверхностью 20 в поверхность 23 отверстия большего размера 17, что исключает возможный люфт между второй нажимной частью 16 и принимающим элементом 3. Кроме того, наличие шайбы 27 Гровера предотвращает несанкционированное раскручивание резьбового соединения винт-гайка, например, из-за вибраций.
Для уменьшения повреждений лакокрасочных покрытий шайбы могут быть размещены, например, между шестигранной гайкой и принимающим элементом 3 в конструкции на фиг. 9. В этом случае первая нажимная часть 15 будет состоять из двух элементов, как и вторая нажимная часть 16.
Стержневая часть 14 средства фиксации 5 может, например, включать резьбовой элемент винта и продольную часть гайки Эриксона 28 с внутренней резьбой, как это продемонстрировано на фиг. 10. Возможно также выполнение резьбового соединения средства фиксации 5 с использованием втулки с внутренней резьбой, в которую с двух сторон ввернуты элементы винтового типа. При этом стержневая часть 14 будет состоять из трех элементов.
Предлагаемые телескопические соединения 11 могут быть выполнены с функцией регулирования глубины проникновения вставного элемента 4 в полость 12 принимающего элемента 3. В дискретном варианте для этого требуется дополнительно выполнить по меньшей мере в одном из телескопических элементов 3, 4 по крайней мере одну группу отверстий для размещения средства фиксации 5 со сдвигом в продольном направлении относительно исходной группы отверстий. Для плавного регулирования указанной глубины проникновения сквозные отверстий 18 во вставном элементе 4 или сквозные отверстия 17, 19 в принимающем элементе 3 (например, на фиг. 3) могут быть выполнены в виде закрытых пазов в продольном направлении соединения. Однако вероятность смещения принимающего элемента 3 и вставного элемента 4 относительно друг друга в этом случае повышается и зависит от направления действия внешних сил на соединение.
Возможно использование в качестве вставного элемента 4 стержня того или иного сечения со сквозным отверстием. Принимающий элемент 3 также может быть в виде тела с полостью 12, например, в виде ручки 7 ручного инструмента 1.
Форма и виды винтов, болтов или гаек могут быть различными, в том числе нестандартными. Возможно использование шпилек с гайками, саморезов с фиксирующими шайбами и т.д. Форма отверстий в общем случае также может быть различной, например шестигранной, квадратной, треугольной, овальной и т.п. Элементы телескопического соединения могут выполняться из разных материалов и их сочетаний.
В целях повышения удобства пользования, особенно в сборно-разборных конструкциях инструментов 1 в качестве крепежных элементов телескопического соединения 11 могут использоваться винты и гайки с приспособлениями для ручного закручивания. Так, на фиг. 11 приведен пример выполнения телескопического соединения 11 с применением винта-барашка и шестигранной гайки на стадии сборки. При этом отверстие большего размера 17 выполнено по форме шестигранной гайки, исполняющей функцию второй нажимной части 16, что предотвращает ее вращение при завинчивании винта-барашка. Представленное исполнение телескопического соединения 11 позволяет обходиться без специальных инструментов при соединении и разъединении резьбового соединения. В остальном работа подобного соединения 11 аналогична рассмотренным выше конструкциям. Отверстие 17 может быть выполнено и иной формы (например, в форме паза), исключающей вращение нажимной части 16 вокруг осевой линии стержневой части 14 средства фиксации 5.
Телескопическое соединение 11 может быть выполнено с использованием болта, например, с шестигранной головкой и гайки-барашка как это продемонстрировано на фиг. 12. Форма отверстия большего размера 17 здесь также соответствует форме головки болта, тогда как она может быть выполнена и иной формы, например, в виде паза с шириной под ключ для головки болта.
В целях уменьшения степени ослабления механической прочности принимающего элемента 3 в месте расположения отверстий 17, 19 головка болта может быть зауженной, например, как это продемонстрировано в варианте телескопического соединения 11 на фиг. 13. Здесь ширина второй нажимной части 16 в поперечном направлении телескопического соединения 11 в области опорной поверхности 20 (размер S) снижена до уровня диаметра стержневой части 14. При этом размер нажимной части 16 в продольном направлении телескопического соединения 11 превышает диаметр рядом расположенного отверстия 18 вставной части 4, что обеспечивает возможность передачи на нее усилия в поперечном направлении в собранном виде, как это показано на фиг. 14.
Для дополнительного повышения удобства пользования телескопическими соединениями 11 по типу, представленному на фиг. 11-14, возможно выполнение сквозных отверстий 17, 19 в принимающем элементе 3 открытыми, что может быть эквивалентно сочетанию закрытых сквозных отверстий на фиг. 11-14 с продольными сквозными открытыми пазами 29, выходящими на торцевую часть принимающего элемента 3 (фиг. 15). При этом ширина пазов 29 в поперечном направлении телескопического соединения 11 больше размера стержневой части 14 средства фиксации 5. В этом случае средство фиксации 5 установлено в отверстиях 18 вставной части 4 и из них не вынимается, что экономит время пользователя. В процессе сборки телескопического соединения 11 резьбовое соединение болт-гайка-барашек раскручено до такой степени, что возможно введение вставного элемента 4 в полость 12 принимающего элемента 3. При этом стержневая часть 14 перемещается в пазах 29 до упора в поверхность отверстия 19, после чего вторая нажимная часть 16 устанавливается в отверстие большего размера 17 и производится закручивание резьбового соединения, берясь за барашки первой нажимной части 15. В результате образуется телескопическое соединение 11 на фиг. 16, подобное соединению 11 на фиг.12.
Выполнение телескопического соединения 11 без полного развинчивания резьбового соединения и выемки стержневой части 14 из отверстий 17, 18, 19 может быть реализовано путем изготовления сквозных открытых пазов 29 во вставном элементе 4 по аналогии с выше рассмотренной конструкцией на фиг. 15, 16. Однако в этом случае смещение вставного элемента 4 относительно принимающего элемента 3 в одном из его продольных направлений предотвращается лишь за счет сил трения.
Возможно выполнение конструктивного ограничения взаимного смещения элементов 3, 4 как это продемонстрировано на фиг. 17. В этом случае отверстие 18, расположенное рядом с отверстием большего размера 17, может иметь участок большего диаметра в сравнении с поперечным размером паза 29. Стержневая часть 14 может иметь на части ее длины стопорную часть 30 в виде конуса или цилиндра, которая шире паза 29 и в процессе сборки входит в отверстие 18 для предотвращения продольного смещения вставного элемента 4 в полости 12, как это показано на фиг. 18.
Для исключения проскальзывания второй нажимной части 16 в отверстие большего размера 17 в разобранном виде головка болта может иметь выступы, внешние габариты которых по меньшей мере в одном из направлений превышают размеры отверстия 17.
При необходимости соединения одного из элементов конструкции ручного инструмента 1 с другими элементами разного размера, например, ручки 7 с частями рукоятки 9, 10 разного диаметра (фиг. 2) вторая нажимная часть может быть выполнена увеличенной высоты, что позволяет зажимать в полости 12 принимающего элемента 3 вставные элементы 4 существенно разного размера (фиг. 19, 20). При этом величина одностороннего зазора 13 в телескопическом соединении 11 изменяется, а вторая нажимная часть 16 остается размещенной в отверстии большего размера 17. Для этого высота второй нажимной части 16 должна быть больше разницы размера полости 12 принимающего элемента 3 и внешнего размера вставного элемента 4 вдоль осевой линии стержневой части 14. Это свойство предлагаемого телескопического соединения 11 позволяет повысить уровень унификации в трансформируемых видах ручных инструментов 1.
Приведенные примеры реализации предлагаемой конструкции телескопического соединения 11 ручного инструмента 1 не исчерпывают все возможные варианты ее осуществления в пределах сущности изобретения.
Таким образом, заявленная конструкция ручного инструмента 1 позволяет практически исключить люфты в его телескопических соединениях 11, повысить удобство пользования в сборно-разборных исполнениях инструмента 1 и обеспечить, при необходимости, унификацию составных элементов в ряде трансформируемых изделий.