УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ШАРНИРНОГО УЗЛА
DEVICE FOR FIXATION OF FLEXIBLE JOINT

Устройство фиксации шарнирного узла относится, преимущественно, к замкам развернутого положения поворотных конструкций спутника, например панелей солнечных батарей или антенн.
Известно устройство для фиксации по патенту №2250863, содержащее на одной из деталей поворотной конструкции фиксирующий элемент (выполненный в виде консольно закрепленной пластинчатой пружины с отверстием на ее свободном конце), а на другой детали поворотной конструкции - консольно закрепленный стержень с возможностью взаимодействия его свободного конца с отверстием пластинчатой пружины. Детали снабжены двумя упорами, с помощью которых они сопряжены в конечном (рабочем) положении шарнирного узла, при этом один из упоров выполнен жестким для ограничения взаимного вращения деталей при их встречном движении, а другой - подпружиненным для преодоления люфтов в сопряжениях шарнирного узла за счет сил упругости (Прототип). Прототип зачековывает шарнирный узел за счет большой угловой скорости вращения поворотных конструкций, при которой накапливается кинетическая энергия, достаточная для приведения в действие подпружиненного упора. Недостатками прототипа являются:
- неспособность зачековать шарнирный узел при скоростях раскрытия поворотных конструкций, близкими к нулю;
- зависимость жесткости раскрытой поворотной конструкции и способность устранять люфты в сопряжениях шарнирного узла от внешних нагрузок, действующих на шарнирный узел, например, от работающих двигателей коррекции или ориентации спутника. От точности расчета этих внешних нагрузок зависит жесткость раскрытой системы, расчет которых представляет большую трудность, а в случае нерасчетного увеличения внешних нагрузок происходит уменьшение жесткости раскрытой системы и, как следствие, увеличение расхода рабочего тела двигательных установок для стабилизации положения космического аппарата;
- большая жесткость пластинчатой пружины приводит к большому сопротивлению движению раскрываемой поворотной конструкции в момент времени, когда консольно закрепленный стержень начинает взаимодействовать с пластинчатой пружиной. Как следствие - уменьшение надежности раскрытия.
Задачами создания заявляемого устройства фиксации шарнирного узла являются:
- повышение надежности раскрытия шарнирного узла;
- способность зачековки шарнирного узла при скоростях раскрытия поворотных конструкций, близкими к нулю;
- исключение люфтов в сопряжениях шарнирного узла и сохранение жесткости раскрытой конструкции при воздействии внешних нагрузок, превышающих расчетные.
Поставленные задачи решаются за счет того, что устройство фиксации шарнирного узла, содержащее шарнир, на одной из деталей поворотной конструкции которого расположен фиксирующий элемент и жесткий упор, установленный с эксцентриситетом относительно оси вращения шарнирного узла, взаимодействующий со второй деталью, построено так, что фиксирующий элемент выполнен в виде шарнирно закрепленного жесткого крючка, снабженного пружиной, а на другой детали жестко закреплена ось с возможностью взаимодействия с внутренней стороной крючка, выполненного с углом  между контактирующей поверхностью крючка и плоскостью, проходящей через точку контакта и ось вращения шарнирного узла, равным φ≤arctgµ, где µ - минимальный коэффициент трения в месте контакта.
Суть изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства в зачекованном положении.
Шарнир состоит из деталей 1 и 2 с общей осью вращения 3. На детали 2 шарнирно на оси 4 закреплен крючок 5 и пружина 6 крючка 5 (например, пружина кручения). На детали 1 жестко закреплена ось 7 с возможностью взаимодействия с крючком 5. Детали 1 и 2 снабжены жестким упором 8, с помощью которых они сопряжены в зачекованном положении шарнирного узла. Упор 8 может быть организован любыми конструктивными приемами, обеспечивающими ограничение встречного движения поворотных деталей при зачековке, например в виде прилива (или регулируемого элемента) на детали 2 и опорной площадке на детали 1. Размер упора выбирают так, чтобы обеспечить гарантированное западание крючка 5 за ось 7 в момент зачековки шарнирного узла с осуществлением контакта только по поверхности А. Мощность и жесткость пружины 6 крючка 5 выбирают из соображений гарантированного прижатия крючка 5 к оси 7 по поверхности А с минимально возможным усилием, чтобы создавать как можно меньшее сопротивление движению раскрываемой поворотной конструкции. Конструктивное исполнение пружины 6 крючка 5 может быть любым. Ось 7 не должна проворачиваться в детали 1. Угол  должен удовлетворять условию:
где µ - минимальный коэффициент трения в месте контакта оси 7 и крючка 5.
Устройство работает следующим образом. При встречном поворотном движении деталей 1 и 2 ось 7 взаимодействует со свободным концом крючка 5, проворачивает его и, двигаясь далее, контактирует с поверхностью А крючка 5. При этом встречное движение деталей 1 и 2 ограничивается упором 8. Крючок 5 под действием пружины 6 надавливает на ось 7 и за счет угла  создает усилие в направлении Б, чем достигается выбор люфтов в сопряжениях шарнирного узла (между осью 4 и крючком 5, осью 4 и деталью 2, осью 3 и деталью 1, осью 3 и деталью 2). Отсутствие обратного движения детали 1 относительно детали 2 и исключение вероятности повторного возникновения люфтов в сопряжениях шарнирного узла гарантируется неизменным во времени положением крючка 5 относительно оси 7 благодаря возникающему трению между крючком 5 и осью 7. Возникающее трение будет всегда удерживать крючок 5 от перемещения относительно оси 7 при соблюдении условия (1) при внешних нагрузках как расчетных, так и превышающих расчетные и гарантировать отсутствие люфтов в сопряжениях шарнирного узла. Важным фактором является то, что это трение возникает от действия самих внешних нагрузок (а не от действия пружины крючка 6) после того, как шарнирный узел зачековался. Таким образом, жесткость раскрываемой конструкции становится независимой от жесткости упругих элементов (таких как пружина).
Изготовленное таким образом устройство фиксации шарнирного узла позволяет решить поставленные задачи по зачековке шарнирного узла в фиксируемом положении при скоростях раскрытия поворотных конструкций, близкими к нулю, и устранение люфтов в сопряжениях шарнирного узла при воздействии внешних нагрузок, превышающих расчетные, при этом из конструкции исключен подпружиненный упор, от упругих свойств которого зависит жесткость раскрытой поворотной констукции, и повышена надежность раскрытия благодаря уменьшенной мощности и жесткости пружины крючка по сравнению с пластинчатой пружиной в прототипе.
Данное устройство испытано на опытном образце в ОАО ИСС. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленных задач.