Устройство блокировки

Полезная модель относится к предохранительным устройствам порогового действия и предназначена для блокировки оси исполнительного вала прибора при заданном внешнем воздействии.
Известен прецизионный блокиратор комбинированного действия, содержащий корпус с цанговым зажимом и установочную втулку с упругим элементом. Внутри корпуса размещено основание. Установочная втулка торцевой поверхностью зафиксирована на основании и закрывает корпус с цанговым зажимом. Основание торцом закреплено в корпусе с цанговым зажимом и установлено на вал. Корпус с цанговым зажимом закреплен на корпусе устройства, относительно которого осуществляется фиксация вала. В корпусе с противоположной от цангового зажима стороны выполнены по меньшей мере три подшипникового узла. В основании выполнены по меньшей мере три парных канала, в каждой паре которых размещен пьезоактюатор и редукторный электропривод. Вал редукторного электропривода соединен с самотормозящей передачей винт-гайка, соединенной посредством резьбового соединения с упругим элементом установочной втулки и соединенной с подшипниковым узлом (Патент Российской Федерации на изобретение № 2674956, МПК F16D 49/18, F16D 49/20, 13.12.2018).
Устройство относится к механизмам блокировки валов в области машиностроения и требует наличия сложных узлов, в т. ч. электропривода.
В ряде задач требуется обеспечить гарантированную блокировку исполнительного вала прибора во время аварийных внешних воздействий, при которых порог срабатывания устройства задается конструктивно. Чувствительным элементом такого устройства должен быть инерционный элемент, который воспринимает нагрузку, вызванную внешним воздействием. При этом конструктивным элементом, определяющим порог срабатывания, может являться упругий элемент.
Одним из блокираторов инерционного принципа действия является известное устройство блокировки храпового механизма ремня безопасности автомобиля (см. «Ремень безопасности. Устройство, принцип работы, виды ремней безопасности» [Электронный ресурс] - Доступ: gogermetik.com/remen-bezopasnosti-ustrojstvo-vidy-prednaznachenie.html#i-25).
Внутри устройства блокировки расположен чувствительный элемент, отвечающий непосредственно за блокирование, который выполнен в виде шарика. При аварийном воздействии шарик, перемещаясь через систему рычажков, цепляется за корпус шестеренки катушек. Если ремень быстро движется, диск-маховик более сильно давит на винтовую поверхность, таким образом, блокируя шарик.
Т. е. при аварийном воздействии храповой механизм блокируется за счет смещения шарика и фиксации катушки. При этом устройство имеет очень сложную конструкцию, ограниченную область применения и вполне определенную чувствительность, изменение которой потребует переработку техпроцесса изготовления деталей.
Известно устройство блокировки, содержащее исполнительный вал, закрепленный в корпусном элементе, инерционную массу, и пружину, удерживающую инерционную массу, с исполнительным валом, выполненным с лысками, в котором инерционная масса выполнена в виде рамки с замкнутым отверстием с пазом в направлении воздействия внешнего ускорения, с возможностью ввода в него исполнительного вала в зоне лысок и с жесткой пружиной, сопротивление сжатию которой компенсирует все смещения инерционной массы в направлении исполнительного вала, при любой величине внешнего ускорения, ниже порога срабатывания устройства блокировки (Патент Российской Федерации на полезную модель № 207688, МПК B60R 25/01, 11.11.2021). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Конфигурация инерционной массы данного устройства имеет форму рамки и предполагает использование для ее изготовления сложной детали, а также сложных направляющих элементов, обеспечивающих траекторию ее перемещений внутри корпусного элемента. При использовании данного устройства блокировки в системах с двунаправленным внешним воздействием, соединение инерционной массы с пружинами потребует введение в конструкцию дополнительных элементов, что приводит к повышению трудоемкости изготовления данного устройства в целом.
Кроме того, жесткость пружины в устройстве блокировки, определяющая, наряду с характеристиками инерционной массы, порог срабатывания устройства блокировки не может быть отрегулирована. Изменение порога срабатывания устройства блокировки требует изготовления другой по характеристикам пружины и дополнительной проработки способа ее закрепления, а также взаимного расположения всех элементов внутри корпуса.
Задачей полезной модели является создание порогового устройства блокировки оси, использующего инерционную силу и обеспечивающего изготовление однотипных, но различных по чувствительности устройств блокировки с высокими показателями унификации и сниженной трудоемкостью изготовления.
Техническим результатом является снижение трудоёмкости изготовления устройства блокировки.
Технический результат достигается тем, что устройство блокировки содержит исполнительный вал, закрепленный в корпусном элементе, инерционные массы и пружины, удерживающие их. Исполнительный вал и каждая из инерционных масс выполнены с накаткой. Пружины выполнены в виде консольно закрепленных упругих элементов, каждый из которых состоит из не менее двух пластинчатых пружин изгиба.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлено устройство блокировки в исходном (I) состоянии, где
1 – исполнительный вал (ось);
2 – корпусной элемент конструкции прибора;
3 – инерционная масса;
4 – накатка;
5 – упругий элемент (набор пластинчатых пружин изгиба);
6 – упор.
На фиг. 2 схематично представлено устройство блокировки в сработанном состоянии (II или III) при аварийном воздействии на конструкцию прибора в одном из двух противоположных направлений, совпадающих с направлением возможного смещения инерционной массы 3.
Устройство блокировки представляет собой конструкцию, содержащую исполнительный вал 1 с накаткой 4 (показан на чертеже в поперечном сечении), закрепленный в корпусном элементе прибора 2, и инерционные массы 3 с аналогичной накаткой 4, закрепленные друг напротив друга на соответствующих упругих элементах 5. На противоположной стороне каждого упругого элемента 5, относительно расположения инерционной массы 3, закреплены упоры 6.
Инерционная масса 3 в общем случае представляет собой профильную вставку – грузик. Исполнительный вал 1, в общем случае, может представлять из себя составной конструктивный элемент, состоящий из осевой детали вращения, например, ротора электромагнита, на которой закреплена втулка с накаткой. Упругий элемент 5 закреплен в корпусном элементе 2 консольно и выполнен в виде набора пластинчатых пружин изгиба (не менее двух пластинчатых пружин). Каждая инерционная масса 3 закреплена на свободном конце соответствующего упругого элемента 5.
Каждая инерционная масса 3 удерживается в исходном состоянии устройства блокировки за счет жесткости соответствующего упругого элемента 5 от смещения в направлении исполнительного вала 1. При этом сопротивление изгибу упругого элемента 5 компенсирует все возможные смещения инерционной массы 3 в направлении исполнительного вала 1 при любой величине внешнего воздействия (ускорение М на фиг. 2) ниже порога срабатывания устройства.
Инерционная масса 3 прижата к упорам 6, закрепленным с каждой из ее сторон, противоположных воздействию внешнего удара, и в исходном состоянии не препятствует, в случае необходимости, повороту исполнительного вала вокруг своей оси (фиг. 1).
Свойства упругого элемента (состоящего из набора пластинчатых пружин изгиба) 5, его геометрические и физические параметры, а также размеры и свойства каждой инерционной массы 3 подбирают исходя из конструктивных особенностей прибора в целом и порога срабатывания устройства блокировки в каждом из двух направлений при заданных в каждом конкретном случае значениях внешнего аварийного воздействия (ускорение М на фиг. 2).
Устройство блокировки работает следующим образом.
При внешнем воздействии на конструкцию прибора, превышающем пороговое значение, определяемое жесткостью соответствующего упругого элемента 5, в одном из двух противоположных направлений (фиг. 2), одна из инерционных масс 3 смещается в направлении исполнительного вала 1, преодолевая при этом сопротивление изгибу упругого элемента 5, на котором она закреплена, и посредством накатки 4 входит в зацепление с исполнительным валом 1, блокируя его и тем самым предотвращая возможный поворот исполнительного вала вокруг его оси. Вторая инерционная масса за счет действия инерционных сил, при этом, остается прижатой к своему упору 6. Зацепление одной из инерционных масс 3 и исполнительного вала 1 в сработанном состоянии устройства блокировки обеспечивается в течение всего времени внешнего воздействия на устройство (воздействия ускорения М в одном из двух противоположных направлений).
При уменьшении внешнего воздействия инерционная масса 3 выходит из зацепления с исполнительным валом 1 за счет возврата упругого элемента 5 в исходное состояние.
Значение порога срабатывания устройства для каждого из двух противоположных направлений (т.е. значения ускорения М, при котором происходит блокировка оси исполнительного вала 1) подбирается в зависимости от области применения устройства в каждом конкретном случае. Жесткость каждого упругого элемента 5 в устройстве блокировки может быть отрегулирована за счет особенностей его конструкции, состоящей из набора пластинчатых пружин. Конфигурация таких пружин позволяет без существенных производственных затрат выполнять изготовление однотипных, но различных по чувствительности устройств блокировки, увеличивая при этом показатели унификации и снижая трудоемкость их изготовления.