Устройство блокировки

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно 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 выполнено по меньшей мере три подшипникового узла. В основании выполнено 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, а конструктивным элементом, определяющим порог срабатывания, может являться упругий элемент.
Одним из блокираторов инерционного принципа действия является 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 и ограниченную область применения.
Известен запирающий узел механизма блокиратора доступа, содержащий закрепляемый на перемещаемой части объекта запирания кронштейн, выполненный в виде стержня, в котором на свободном его конце выполнено замкнутое отверстие для ввода в него размещаемого на неподвижной части объекта запирания штока, связанного с приводом его возвратно-поступательного перемещения. Патент Российской Федерации на полезную модель № 131680, МПК B60R 25/01, 27.08.2013.
Конструкция устройства не предполагает использование инерционных сил для осуществления блокировки, а также не содержит конструктивных элементов, определяющих порог срабатывания, и усложнена за счет механизма возвратно-поступательного перемещения, что ограничивает область применения данного технического решения.
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.
Конструкция устройства не позволяет осуществить надежную блокировку исполнительного вала, если направление воздействия внешнего ускорения не будет полностью совпадать с направлением паза в отверстии инерционной массы. При срабатывании устройства блокировки инерционная масса непосредственно блокирует исполнительный вал, ввиду чего любые отклонения внешнего воздействия от направления блокировки, заданного, в свою очередь, конструкцией данного устройства, не будут приводить к блокировке исполнительного вала, что снижает его надежность.
Задачей полезной модели является создание простого порогового устройства блокировки оси, использующего инерционную силу и обеспечивающего надежную фиксацию исполнительного вала прибора во время аварийного внешнего воздействия.
Техническим результатом является повышение надежности устройства блокировки.
Технический результат достигается тем, что устройство блокировки содержит исполнительный вал, закрепленный в корпусном элементе, инерционную массу, пружину, удерживающую инерционную массу, и вкладыш, закрепленный на пружине, со стороны инерционной массы, противоположной воздействию внешнего ускорения, к которому прижата инерционная масса. Исполнительный вал выполнен с пазом в направлении, противоположном направлению воздействия внешнего ускорения. Пружина выполнена плоской, обжимной, с выступом на конце, с возможностью его ввода в паз исполнительного вала. Инерционная масса выполнена в виде шарика. Пружина выполнена жесткой, причем сопротивление разжатию пружины компенсирует все смещения инерционной массы в направлении исполнительного вала при любой величине внешнего ускорения, ниже порога срабатывания устройства блокировки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлено устройство блокировки в исходном (I) и сработанном (II) состоянии, где:
1 – исполнительный вал (ось);
2 – корпусной элемент конструкции прибора;
3 – инерционная масса (шарик);
4 – вкладыш (ложемент для шарика);
5 – плоская обжимная пружина.
Устройство блокировки представляет собой конструкцию, содержащую исполнительный вал 1 с пазом (показан на чертеже в поперечном сечении), закрепленный в корпусном элементе прибора 2, и инерционную массу 3, выполненную в виде шарика. Инерционная масса удерживается в исходном состоянии устройства прижатой к вкладышу 4, закрепленному на плоской обжимной пружине 5, за счет жесткости плоской обжимной пружины от смещения в направлении исполнительного вала 1. Плоская обжимная пружина 5 выполнена с выступом на конце с возможностью его ввода в паз исполнительного вала 1. Вкладыш 4 представляет собой ложемент для шарика, закрепленный на плоской обжимной пружине со стороны инерционной массы, противоположной воздействию внешнего ускорения, удерживающий шарик от выпадения при разжатии пружины. В исходном состоянии устройства инерционная масса 3 не препятствует, в случае необходимости, повороту исполнительного вала вокруг своей оси.
Свойства плоской обжимной пружины 5, ее геометрические и физические параметры, а также размеры и материал инерционной массы (шарика) 3 подбирают исходя из конструктивных особенностей прибора и порога срабатывания устройства блокировки при заданных в каждом конкретном случае значений внешнего воздействия (ускорение М).
Устройство блокировки работает следующим образом.
При внешнем воздействии на конструкцию прибора, превышающем пороговое значение, определяемое жесткостью плоской обжимной пружины 5, шарик 3 смещается в направлении исполнительного вала 1, преодолевая при этом сопротивление разжатию пружины 5, и вводит выступ, выполненный на конце плоской обжимной пружины 5, в паз исполнительного вала 1, блокируя его и тем самым предотвращая возможный поворот исполнительного вала вокруг его оси. Положение шарика в сработанном состоянии устройства блокировки обеспечивается в течение всего времени внешнего воздействия (ускорения М) на устройство. При этом пружина 5 находится в разжатом состоянии.
При уменьшении внешнего воздействия (ускорения М) пружина 5, сжимаясь (с силой F пр), смещает инерционную массу (шарик) 3 в сторону ее исходного положения, компенсируя ее инерционную силу (F им), выводя при этом выступ пружины из паза исполнительного вала 1.
Значение порога срабатывания устройства (т.е. блокировки оси исполнительного вала 1) подбирается в каждом конкретном случае в зависимости от области применения устройства. Это значение определено жесткостью плоской обжимной пружины 5 и поэтому остается неизменным для каждого конструктивного исполнения устройства блокировки.
Благодаря использованию инерционной массы в виде шарика, воздействующего на блокирующий элемент – выступ плоской обжимной пружины, устройство блокировки позволяет осуществить надежную блокировку исполнительного вала даже в тех случаях, когда направление воздействия внешнего ускорения не будет полностью совпадать с направлением паза в исполнительном валу, поскольку шарик может воздействовать на плоскую обжимную пружину в различных точках их совместного контакта. Таким образом, конструкция устройства позволяет повысить надежность блокировки исполнительного вала.
Для наилучшего контакта с шариком 3 поверхность плоской обжимной пружины 5 может содержать вырез (как представлено на чертеже).
Изготовление устройства блокировки не требует сложных технологических операций.