РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАЗДЕЛЯЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧАСТЕЙ ИЗДЕЛИЯ И УЗЕЛ ФИКСАЦИИ РАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ
DETACHABLE CONNECTION OF PRODUCT PARTS, WHICH ARE DETACHED DURING OPERATION, AND FASTENING ASSEMBLY OF DETACHABLE CONNECTION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании, например, космических аппаратов (КА), оснащенных отделяемыми элементами.
Из материалов заявки на изобретение №4820341 от 26.04.90 г., по которой был выдан патент №1767243 от 08.04.93 г., известно разъемное соединение (устройство для фиксации) элементов конструкции различных узлов и агрегатов. Указанное устройство обладает низкими эксплуатационными характеристиками, а именно, низкой надежностью работы при больших осевых (растягивающих) нагрузках за счет возникновения наминов под шариками, неудобством закрепления отделяемого элемента, высокими требованиями по точности установки, как самого устройства, так и стыковочных мест отделяемого элемента.
Из материалов заявки №93003061/28, по которой был выдан патент РФ №2075873 от 18.01.1993 г., известно разъемное соединение (устройство для фиксации) разделяемых в процессе эксплуатации частей изделия, принятое за прототип.
Известное устройство содержит полый цилиндрический корпус, выполненный с фланцем на наружной поверхности, жестко скрепленным с корпусом изделия, и кольцевой канавкой на внутренней поверхности, полую цилиндрическую обойму, выполненную со ступенчатым цилиндрическим каналом, соосным обойме, резьбовой пробкой, установленной в цилиндрическом канале в ступени большего диаметра, и упором, расположенным на наружной поверхности обоймы, узел фиксации обоймы относительно корпуса устройства, образованный запорными элементами (шариками), установленными в радиальных отверстиях обоймы и расположенными в кольцевой канавке полого цилиндрического корпуса, и цилиндрическим штоком, выполненным с фланцем и кольцевой проточкой на цилиндрической поверхности, размещенным в цилиндрическом канале обоймы, контактирующим наружной поверхностью с запорными элементами и подпружиненным относительно резьбовой пробки обоймы, пиротехнический привод раскрытия узла фиксации, выполненный в виде пиротехнического источника давления, снабженного электрической вилкой, сочлененной с розеткой, функционально связанной с источником тока, и установленного в резьбовом гнезде, соединенном посредством газоходов с герметичной рабочей полостью привода, фиксатор, расположенный на торцевой поверхности корпуса устройства со стороны, противоположенной корпусу изделия, и держатель отделяемого элемента, закрепленный между фиксатором корпуса и упором обоймы.
Данное устройство обладает ограниченными функциональными и эксплуатационными возможностями. Это объясняется следующим:
1. Устройство неработоспособно при значительных осевых (растягивающих) нагрузках из-за появления наминов под шариками и возможного заклинивания устройства.
2. После срабатывания пиротехнического источника давления он остается подключенным к источнику тока, что может привести к его разрядке в случае сохранения целостности мостика накаливания в пиротехническом источнике давления, либо в случае замыкания питающих цепей на корпус устройства за счет продуктов сгорания пиротехнического источника давления.
3. После срабатывания устройства все оно остается на изделии, увеличивая его массу.
4. Устройство не обеспечивает регулировку скорости отделения элементов.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение эксплуатационных возможностей устройства при сохранении его функциональных характеристик.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном устройстве герметичная рабочая полость пиротехнического привода раскрытия узла фиксации образована цилиндрическими поверхностями штока и канала обоймы, а также фланцем цилиндрического штока и кольцевой торцевой поверхностью, образованной ступенями ступенчатого цилиндрического канала обоймы, резьбовое гнездо под пиротехнический источник давления выполнено в цилиндрическом штоке со стороны корпуса устройства и соосно ему, а электрическая розетка, сочлененная с вилкой пиротехнического источника давления, жестко закреплена на корпусе устройства.
Поставленная техническая задача - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения диапазона скоростей отделения элементов от корпуса изделия, решается за счет введения дополнительного упругого элемента, расположенного между корпусом устройства и его обоймой, и фланца, жестко связанного с обоймой и расположенного на ее наружной поверхности с возможностью взаимодействия с держателем отделяемого элемента при срабатывании устройства.
Предлагаемым изобретением решается также дополнительная техническая задача - расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременного отделения дополнительного элемента. Эта дополнительная техническая задача решается за счет того, что в устройство дополнительно введены цилиндрическая игла, установленная соосно штоку и жестко связанная с фланцем штока и выполненная с цилиндрическим хвостовиком, расположенным на ее конце, цилиндрическая полая втулка, выполненная с радиальными отверстиями под запорные элементы, например, шарики, установленная соосно резьбовой пробке обоймы и жестко с ней связанная, и крышка, выполненная с цилиндрической полостью, жестко связанная с дополнительным отделяемым элементом, телескопически установленная на указанной полой втулке и подпружиненная относительно резьбовой пробки обоймы, при этом резьбовая пробка обоймы выполнена с цилиндрическим каналом, конгруэнтным каналу указанной цилиндрической втулки, на внутренней поверхности указанной крышки выполнена кольцевая канавка, а в радиальных отверстиях полой втулки установлены запорные элементы, взаимодействующие с кольцевой канавкой указанной крышки и контактирующие с цилиндрической поверхностью хвостовика указанной цилиндрической иглы.
Данным предлагаемым изобретением решается также еще одна дополнительная техническая задача - улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет упрощения сборки устройства. Эта дополнительная техническая задача решается за счет того, что в данном устройстве фиксатор выполнен в виде плоских ребер, симметрично расположенных относительно оси корпуса устройства, а фланец обоймы выполнен с плоскими гранями, контактирующими с ребрами фиксатора.
Указанная техническая задача решается также за счет того, что на внутренней поверхности полой цилиндрической втулки выполнены плоские грани, взаимодействующие с плоскими продольными лысками, выполненными на хвостовике цилиндрической иглы.
Технической задачей еще одного самостоятельного технического решения является расширение эксплуатационных возможностей известных разъемных соединений.
Поставленная техническая задача решается тем, что в известном узле фиксации разъемных соединений разделяемых в процессе эксплуатации частей изделия запорные элементы выполнены в виде частей плоского кольца, плоскости которого сопряжены по наружному и внутреннему диаметрам поверхностями кругового тора, диаметр круга которого не превосходит толщины кольца, при этом указанные части плоского кольца ограничены с боков плоскостями, параллельными и симметрично расположенными относительно продольной оси кольца, а радиальные отверстия обоймы выполнены в виде прямоугольных окон.
На фиг.1 показан общий вид устройства при закреплении разделяемых частей изделия.
На фиг.2 показан вид сверху.
На фиг.3 показан вид сбоку (вид Б).
На фиг.4 показано сеч. В-В.
На фиг.5 показано сеч. Г-Г.
На фиг.6 показан общий вид устройства после срабатывания и отделения частей изделия от корпуса.
Устройство содержит соосно установленные полый цилиндрический корпус 1, выполненный с фланцем 2 на наружной поверхности, жестко скрепленным с корпусом 3 изделия, и кольцевой канавкой 4 на внутренней поверхности, цилиндрическую обойму 5, выполненную со ступенчатым цилиндрическим каналом 6, соосным обойме 5, радиальными отверстиями 7, резьбовой пробкой 8, установленной в цилиндрическом канале 6, в его ступени большего диаметра и жестко скрепленной с обоймой 5, а также упором 9 на наружной поверхности. Обойма 5 зафиксирована относительно корпуса 1 посредством узла фиксации, образованного запорными элементами 10, установленными в радиальных отверстиях 7 обоймы 5 и расположенными в кольцевой канавке 4 корпуса 1, и штоком 11, выполненным в виде цилиндра с фланцем 12, при этом запорные элементы 10 выполнены в виде частей плоского кольца, плоскости которого сопряжены по наружному и внутреннему диаметрам поверхностями кругового тора, диаметр круга которого не превосходит толщины кольца, при этом указанные части плоского кольца ограничены с боков плоскостями, параллельными и симметрично расположенными относительно продольной оси кольца, а радиальные отверстия 7 обоймы 5 выполнены в виде прямоугольных окон. Такое выполнение узла фиксации разъемного соединения позволяет обеспечить контакт запорных элементов 10 с кольцевой канавкой 4 корпуса 1 и наружной поверхностью штока 11 по линии, что позволяет существенно увеличить осевые нагрузки, действующие на устройство, при сохранении работоспособности устройства. Шток 11 размещен в ступенчатом цилиндрическом канале 6 обоймы 5, подпружинен относительно резьбовой пробки 8 и контактирует своей цилиндрической поверхностью с запорными элементами 10. На цилиндрической поверхности штока 11 выполнена цилиндрическая проточка 13 с возможностью взаимодействия с запорными элементами 10 при срабатывании устройства и сопряженная с цилиндрической поверхностью штока 11 конической поверхностью. Для обеспечения автоматического раскрытия узла фиксации устройство содержит пиротехнический привод, выполненный в виде пиротехнического источника давления 14, установленного в резьбовом гнезде 15, соединенном посредством газоходов 16 с герметичной рабочей полостью 17 привода. Пиротехнический источник давления 14 снабжен электрической вилкой 18, сочлененной с розеткой 19, функционально связывающей его с источником тока. Герметичная рабочая полость 17 привода образована цилиндрическими поверхностями штока 11 и канала 6 обоймы 5, а также фланцем 12 штока 11 и кольцевой торцевой поверхностью, образованной ступенями цилиндрического канала 6 обоймы 5. Резьбовое гнездо 15 под пиротехнический источник давления 14 выполнено в цилиндрическом штоке 11 со стороны корпуса 1 соосно ему. Цилиндрическая проточка 13 штока 11 выполнена на конце штока 11 со стороны пиротехнического источника давления, а розетка 19, сочлененная с вилкой 18 пиротехнического источника давления 14, жестко связана с цилиндрическим корпусом 1 устройства. Такое выполнение пиротехнического привода раскрытия узла фиксации обоймы 5 относительно корпуса 1 позволяет при срабатывании устройства расстыковать электрические цепи между источником тока и пиротехническим источником давления, а также отделить при срабатывании устройства практически всю его массу.
Устройство дополнительно снабжено цилиндрической иглой 20, установленной соосно штоку 11 и жестко связанной с его фланцем 12, цилиндрической полой втулкой 21, выполненной с радиальными отверстиями под запорные элементы 22, например, шарики, и крышкой 23, выполненной с цилиндрической полостью 24 и жестко связанной с дополнительным отделяемым элементом 25. Указанная игла 20 выполнена с цилиндрическим хвостовиком 26, расположенным на ее конце. Указанная цилиндрическая полая втулка 21 установлена соосно цилиндрической игле 20 и жестко связана с резьбовой пробкой 8 обоймы 5, а крышка 23 телескопически установлена на указанной цилиндрической втулке 21 и подпружинена относительно резьбовой пробки 8. Резьбовая пробка 8 обоймы 5 выполнена с каналом, конгруэнтным каналу втулки 21, на внутренней поверхности указанной крышки 23 выполнена кольцевая канавка 27, а в радиальных отверстиях втулки 21 установлены запорные элементы 22, взаимодействующие с кольцевой канавкой 27 и контактирующие с цилиндрической поверхностью хвостовика 26 указанной иглы 20. Это позволяет при срабатывании устройства отделить дополнительный элемент 25, жестко связанный с крышкой 23.
Устройство содержит также фиксатор 28, расположенный на торцевой поверхности корпуса 1 со стороны, противоположенной корпусу 2 изделия, держатель 29 отделяемого элемента 30, размещенный между фиксатором 28 и упором 9 обоймы 5. На наружной поверхности обоймы 5 образован цилиндрический фланец 31, жестко связанный с обоймой 5, выполненный с возможностью взаимодействия с держателем 29 отделяемого элемента 30 при срабатывании устройства. Устройство содержит также упругий элемент 32, расположенный между корпусом 1 устройства и его обоймой 5, что позволяет обеспечить отделение элемента 30 совместно с основной массой устройства с требуемой скоростью.
Фиксатор 28 устройства выполнен в виде плоских ребер, расположенных симметрично продольной оси корпуса 1 устройства, а фланец 31 обоймы 5 выполнен с плоскими гранями, контактирующими с ребрами фиксатора 28, при этом на внутренней поверхности цилиндрической полой втулки 21 выполнены плоские грани, взаимодействующие с ответными плоскими продольными лысками, выполненными на цилиндрическом хвостовике 26 иглы 20.
Это позволяет при сохранении работоспособности устройства упростить процесс сборки устройства за счет установки пиротехнического источника давления 14 в резьбовое гнездо 15 штока 11 на завершающем этапе сборки устройства.
При этом кольцевая канавка 4, выполненная на внутренней поверхности корпуса 1, расположена в плоскости его фланца 2, что позволяет уменьшить поперечные размеры устройства, а кольцевая проточка 13, выполненная на цилиндрической поверхности штока 11, расположена на конце штока со стороны установки пиротехнического источника давления, что позволяет уменьшить осевые размеры устройства.
Срабатывание устройства и разделение отделяемых элементов 25, 30 и корпуса 2 изделия происходит следующим образом.
При срабатывании пиротехнического источника давления 14 продукты сгорания из резьбового гнезда 15 поступают через газоходы 16 в герметичную рабочую полость 17 пиротехнического привода раскрытия узла фиксации. В результате действия продуктов сгорания на торцевую поверхность фланца 12 происходит перемещение полого штока 11 относительно обоймы 5 до упора фланца 12 в резьбовую пробку 8 обоймы 5. При этом происходит раскрытие узла фиксации - освобождаются запорные элементы 10 и расстыковываются вилка 18 пиротехнического источника давления 14 и розетка 19. При ударе штока 11 в резьбовую пробку 8 его кинетическая энергия передается обойме 5 и они начинают двигаться совместно относительно корпуса 1, при этом запорные элементы 10 за счет взаимодействия с боковой стенкой кольцевой канавки 4 перемещаются в радиальных отверстиях 7 обоймы 5 и начинают взаимодействовать с цилиндрической проточкой 13 штока 11, а фланец 31, жестко связанный с обоймой 5, начинает взаимодействовать с держателем 29 отделяемого элемента 30. Шток 11, обойма 5 и закрепленный на ней элемент 30 под действием упругого элемента 32 отделяются от корпуса 1. При этом энергетические характеристики упругого элемента 32 выбираются из условия обеспечения требуемой скорости отделения элемента 30, а на корпусе 3 изделия остается минимальная часть устройства - его корпус 1. Одновременно с этим при перемещении штока 11 перемещается цилиндрическая игла 20, цилиндрический хвостовик 26 которой перестает взаимодействовать с шариками 22, и крышка 23, жестко связанная с дополнительным элементом 25, отделяется от обоймы 5. Отделяемые элементы 25, 30 и корпус 2 изделия разделяются друг от друга.
Таким образом, как видно из описания конструкции и работы устройства, решена поставленная техническая задача, а именно, обеспечено расширение эксплуатационных возможностей устройства при сохранении его функциональных характеристик за счет расширения диапазона скоростей отделения элемента от корпуса изделия и за счет обеспечения отделения основной массы устройства вместе с пиротехническим источником давления, при одновременном расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения отделения дополнительного элемента.
На предлагаемое техническое решение разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы, проведены стендовые испытания.