УЗЕЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ХРАПОВОГО МЕХАНИЗМА

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при производстве ключей и отверток с механическим приводом на основе храпового механизма, в грузоподъемных механизмах в качестве задерживающего устройства, для преобразования качательного действия в однонаправленное движение, а также может быть использовано в стартерных устройствах, в передачах периодического вращательного действия (обгонные муфты).
Известен грузоподъемный тормоз, содержащий храповое колесо и коромысло на общей оси, собачку, закрепленную посредством шарнира на коромысле и поджатую пружиной в сторону храпового колеса. Размеры и форму собачки выбирают из условия исключения самопроизвольного выхода собачки из зацепления с зубьями храпового механизма [А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. Стр.69, 392-393, схема «а», 1981 г.]
НЕДОСТАТКИ. Сложность конструкции обусловленная:
- наличием пары качения вокруг оси (собачка-коромысло);
- сложностью геометрии собачки из-за способа установки в виде пары качения;
- конфигурацией взаимодействующей с зубчатым колесом поверхности собачки;
- типом примененной пружины (витая).
Известна храповая муфта свободного хода, содержащая корпус с собачками и храповое колесо с треугольными зубьями, имеющими симметричный профиль, взаимодействующие с ними собачки подпружинены и имеют в сечении форму срезанного клина со скругленными торцами, размещенными в гнездах корпуса [Авт. св. СССР №286422, F16d 41/07, опубл. 10.11.1970 г.]
Решаемая известной храповой муфтой задача-повышение технологичности изготовления достигается путем упрощения формы зуба храпового колеса и упрощения конструкции множества собачек установленных по периметру корпуса для уменьшения удельного давления.
НЕДОСТАТКИ. Подготовка специальных гнезд для установки пружин и наличие поверхностей качения усложняют технологию изготовления храповика, что, в итоге, удорожает конструкцию.
Известен храповый механизм свободного хода, входящий в состав втулки велосипедного колеса. Храповый механизм содержит концентрично установленные обоймы, поверхность одной выполнена зубчатой, а на другой обойме выполнен, по крайней мере, один паз, в котором на оси установлен подпружиненный в сторону зубчатой поверхности заклинивающий элемент (собачка) [Авт. св. СССР №8317, B62L 5/10, опубл. 30.03.1929 г.].
НЕДОСТАТКИ. Конструкция недостаточно проста технологически для массового производства, необходимого при изготовлении ключей, отверток с храповым приводом и других изделий, например турникетов. Величина воспринимаемого усилия определяется не свойствами материала, из которого собачка изготовлена, а сопряжением ее с корпусом в виде пары качения, а также геометрической формой собачки.
Известен гидравлический гайковерт, в котором узел взаимодействия элементов храпового механизма (прототип), содержит концентрично установленные обоймы, на одной из которых выполнены зубья, а на ответной стороне другой обоймы выполнен, по крайней мере, один паз, одна из сторон паза является опорной, в пазу с зазором расположен подпружиненный заклинивающий элемент [Патент РФ №2177401, B25B 21/00, опубл. 27.12.2001 г.].
НЕДОСТАТКИ. Удерживание в пазу заклинивающего элемента осуществляется специальной осью, а поверхности взаимодействия (заклинивающего элемента с пазом и осью) выполнены криволинейными - отсюда усложнение изготовления заклинивающего элемента и паза. Кроме того, конструкция предусматривает большое количество деталей для обеспечения работоспособности заклинивающего элемента. Все в целом усложняет технологию изготовления храпового механизма и приводит к увеличению его стоимости.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение стоимости изделия за счет упрощения его и повышения технологичности изготовления.
Поставленная задача решается предлагаемым узлом взаимодействия элементов храпового механизма, содержащим концентрично установленные обоймы, на одной из которых выполнены зубья, а на ответной стороне другой обоймы имеется, по крайней мере, один паз, одна из сторон паза является опорной, в пазу с зазором расположен подпружиненный заклинивающий элемент, при этом, в механизме, согласно изобретению, стороны паза выполнены в виде прямоугольных граней, опорная грань паза своей плоскостью ориентирована внутрь обойм, заклинивающий элемент изготовлен по форме прямоугольного параллелепипеда, опорные грани зубьев выполнены так, что в позиции взаимодействия с заклинивающим элементом эти грани зубьев параллельны опорной грани паза, а толщина прямоугольного параллелепипеда больше соответствующего размера зуба на величину, превышающую расстояние между обоймами.
Целесообразно опорную грань паза своей плоскостью ориентировать на геометрический центр обойм.
Повышение технологичности изготовления, а следовательно, и снижение стоимости механизма достигается уменьшением количества деталей и упрощением их геометрических форм. Это оказалось возможным за счет использования возникающих усилий на деталях заявленной геометрии (возникающих при рабочем ходе).
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображены разнесенные элементы заявленного храпового механизма в изометрии; на фиг.2 изображена схема узла взаимодействия в поперечном сечении; на фиг.3 - расположение элементов механизма перед процессом самоустановки в рабочую позицию; на фиг.4 показана позиция 7 взаимодействия элементов механизма при рабочем ходе.
Узел взаимодействия элементов храпового механизма содержит концентрично установленные обоймы 1 и 2. Одна из сопряженных поверхностей обойм выполнена зубчатой 3, а другая имеет, по крайней мере, одно углубление в виде прямоугольного паза 4. В пазе 4 расположен с зазором заклинивающий элемент 5, выполненный по форме прямоугольного параллелепипеда. Заклинивающий элемент подпружинен, для чего в пазу 4 установлена плоская пружина 6. Целесообразно пружину 6 установить со стороны позиции 7 взаимодействия элемента 5 с зубом 3. Грань 8 паза 4 является опорной по отношению к заклинивающему элементу 5, т.к. на нее передается нагрузка. Опорная грань 8 паза 4 своей плоскостью ориентирована внутрь обойм, а учитывая расклад сил «F» (см. фиг.4) в узле целесообразнее ориентировать ее на геометрический центр «О» обойм. Из двух граней каждого зуба одна периодически взаимодействует с заклинивающим элементом 5, поэтому является опорной гранью 9 зуба. Опорные грани 9 зубьев 3 выполнены так, что в позиции 7 взаимодействия с заклинивающим элементом 5, они параллельны опорной грани 8 паза 4 (см. фиг.4). Толщина параллелепипеда больше соответствующего размера зубьев 3 на величину, превышающую расстояние 10 между обоймами 1 и 2. Позиция 7 взаимодействия заклинивающего элемента с зубом храпового колеса определяется возможной (из конструктивных соображений) длиной 11 прямоугольного параллелепипеда 5. Механизм с обоих торцов закрывается крышками 12.
Работа узла взаимодействия элементов храпового механизма. В случае использования предлагаемого изобретения в составе гаечного ключа во внутренней обойме выполняется отверстие 13 для переходного звена - переставляемого квадрата 14. Направление вращения для осуществления рабочего хода меняется перемещением переставляемого квадрата по ту или иную сторону механизма. Зафиксировав ключ посредством переставляемого квадрата 14 на головке болта или на гайке (на фиг. не показано) нагружаем крутящим моментом внешнюю обойму 1 для закручивания или раскручивания болта (или гайки).
При нагрузке в направлении рабочего хода опорная грань одного из зубьев 3 выравнивается с торцевой плоскостью 15 элемента 5 и пружина 6, установленная эксцентрично, забрасывает его в пространство между зубьями, т.е. начался процесс самоустановки заклинивающего элемента. С появлением нагрузки на прямоугольный параллелепипед 5 (установлен с зазором в пазе 4) совмещаются плоскости торцов параллелепипеда с гранью 8 паза 4 и гранью 9 зуба 3 за счет микроповорота заклинивающего элемента 5. В итоге звенья механизма выстроились в рабочий позиции. Прямоугольный параллелепипед 5 устанавливается перпендикулярно плоскости грани 8. Опорная грань 8 паза 4 и грань 9 зуба 3 полностью совпадают с плоскостями торцов прямоугольного параллелепипеда, что обеспечивает максимально благоприятную работу материалов, из которых изготовлен механизм. Этим достигается повышение давления на один, а их может быть несколько, заклинивающий элемент 5. Предусматривая несколько заклинивающих элементов можно уменьшить угол шага заклинивания механизма.
При вращении в противоположную сторону механизм будет осуществлять холостой (свободный) ход. Ввиду того, что часть площади торца 15 параллелепипеда всегда находится в пределах паза 4, сначала «выбирается» зазор, а затем двигающиеся относительно параллелепипеда зубья 3 задвигают его в паз, преодолевая сопротивление пружины 6. Заклинивающий элемент 5 (сухарь) всегда подконтролен, т.к. его толщина больше соответствующего размера грани 9 зуба на величину превышающую расстояние 10 «в свету» между обоймами 1 и 2, т.е. между гребнями зубьев 3 и поверхностью обоймы 2. Величина площади торца элемента 5, которая находится в пределах воздействия грани паза, дающая возможность холостого хода, задается конструктивно т.к. нагрузка при холостом ходе невелика. Кроме того, заявленные характеристики паза 4 и заклинивающего элемента 5 обеспечивают его надежное проектное положение в пазу 4 во время работы.
Количество взаимодействующих деталей храпового механизма минимизировано и максимально упрощена их геометрическая форма, что обосновывает достижение поставленной задачи.