Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВОРОТА ДЕТАЛИ НА УГОЛ ДО 330 ГРАДУСОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к деталям машин и механизмов и предназначено для поворота различных объектов на угол больше 180 градусов.

Известны рычаги (которые могут быть пластинами в поперечном сечении), которые могут поворачиваться в плоском шарнире на неограниченный угол, см. Артоболевский И.А. «Механизмы в современной технике», М., Машиностроение, стр. 18-37. Возможен и поворот пластины на любой угол, если применен крутильный приводной механизм. Но такой механизм выступает за габарит сектора поворота, что не всегда приемлемо, например, если такой пластиной является люк какого-либо устройства, створка нишы шасси самолета, противокумулятивный экран боевой машины и т.п.

Поворот пластины на угол до 170-175 градусов одноступенчатым приводным механизмом без выступающих за габарит деталей теоретически возможен (больше 175 невозможен, так как одноступенчатый приводной механизм будет в крайних положениях находится в состоянии угла самоторможения). Например, гидроцилиндр, пневмоцилиндр или электоталреп (винтовая штанга переменной длины, далее все они - «линейный привод») при углах между продольной осью гидроцилиндра и находящейся в плоскости поворота линии на пластине менее 3-5 и более 175-177 градусов будет самотормозиться. Мешать таким углам поворота будут и габариты линейного приводного механизма.

Но поворот пластины на угол более 170 градусов без применения крутильного механизма все-таки возможен.

Задача и технический результат изобретения - поворот детали преимущественно пластинчатой формы теоретически на угол до 350 градусов, практически на угол до 330 градусов. Возможны несколько вариантов.

ВАРИАНТ 1. Для такого поворота можно применить механизм, в котором на оси поворота детали или на параллельной ей оси находится рычаг или тяга, которые шарнирно соединены одним линейным приводом с основой (станина, корпус машины, фюзеляж самолета и т.п.), а вторым линейным приводом - с пластиной, причем если рычаг или тяга и деталь крепятся на одном шарнире, то радиус рычага или тяги больше, чем расстояние от оси этого шарнира до точки крепления второго линейного привода на пластине. См. фиг. 1.

Целесообразно располагать деталь и рычаг на одной оси - меньше деталей.

Целесообразнее соединять линейные приводы с концом рычага, тогда рычаг не испытывает изгибающих нагрузок. Удобно при этом и подавать гидрожидкость или сжатый газ ко второму приводу - это можно сделать через полый шток и полую ось шарнира. Хотя возможен вариант, когда один линейный привод соединен с концом рычага, а второй - с его, допустим, серединой.

Линейные приводы желательно применять многоступенчатые, например, несколько телескопических гидроцилиндров один в другом. Особенно это относится к приводу, соединяющему рычаг с деталью.

Казалось бы, незначительное условие «радиус рычага или тяги больше, чем расстояние от оси этого шарнира до точки крепления второго линейного привода на пластине» на деле означает частный случай - если механизм одноразовый (например, раскрытие солнечной батареи на космическом аппарате), то возможно применение вместо рычага гибкой тяги, а лучше - двух гибких тяг, расположенных Л-образно. Это упрощает и удешевляет конструкцию, но складывание ее обратно проблематично.

ВАРИАНТ 2. Если применять только жесткий рычаг, то можно применить механизм, в котором на оси поворота детали или на параллельной ей оси находится рычаг, который шарнирно соединен одним линейным приводом с основой, а вторым линейным приводом - с пластиной, причем если рычаг и деталь крепятся на одном шарнире, то радиус рычага меньше, чем расстояние от оси этого шарнира до точки крепления второго линейного привода на пластине. См. фиг. 2.

То есть этот механизм почти такой же, но в нем практически невозможно применение гибкой тяги вместо рычага. Несколько по-другому крепится к основе и первый линейный привод (далее «первый» - это тот, который крепится к основе). Исходя из конкретных конструктивных соображений, можно выбрать более удобный из этих двух вариантов.

ВАРИАНТ 3. Возможен другой механизм: линейный привод соединен с основой жестко (крепление «заделка»), а с деталью шарнирно соединен через промежуточный толкатель. См. фиг. 3.

Ясно, что цилиндр и, особенно, его шток испытывают большие изгибающие моменты, поэтому шток надо выполнять почти по внутреннему диаметру цилиндра.

Этот вариант хорош тем, что поворот производится одним линейным приводом, а не двумя.

ВАРИАНТ 4. В этом варианте поворот также производится одним линейным приводом: на основе имеется второй шарнир, на котором закреплен изгибопрочный рычаг, вторым своим концом соединенный с толкателем, который, в свою очередь, соединен с деталью, причем к рычагу между его концами крепится линейный привод.

ВАРИАНТ 5. Этот вариант «напрашивался» первым - устройство имеет торообразный гидро- или пневмоцилиндр и дугообразный шток.

Этот вариант теоретически самый простой, но до недавнего времени был технологически сложен. Однако с появлением высокопрочных и высокомодульных композитных материалов появилась возможность массово и дешево изготовлять торообразные гидроцилиндры из них. Дугообразные штоки также технологически не сложны.

В этот варианте цилиндр и шток также испытывают изгибающие нагрузки, поэтому их прочность должна быть высока.

Однако нагрузки на цилиндр можно снизить, если применять цилиндр с дугой, значительно меньшей, чем дуга поворота детали. Например, при дуге поворота детали, равной 210 градусов, достаточно дуги поворота цилиндра на 60-70 градусов.

ВАРИАНТ 6. Ну и понятно, что дугообразный цилиндр можно заменить двумя-тремя прямыми цилиндрами, то есть устройство имеет жестко соединенные два или более гидро- или пневмоцилиндра, расположенные под углом друг к другу.

В частности, два цилиндра могут стыковаться торцами, а гидрожидкость в них может подаваться через полый шток первого цилиндра.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6 изображены 1, 2, 3, 4, 5 варианты данного устройства (шестой не иллюстрируется).

Здесь: 1 - деталь, 2 - первый гидроцилиндр, 3 - рычаг, закрепленный на том же шарнире, что и деталь, 4 - второй гидроцилиндр, 5 - заделка, 6 - толкатель. Деталь показана в закрытом (справа) и в открытом (слева и пунктиром) положениях.

Гидроцилиндры условно показаны толстыми отрезками со стрелками по концам (кроме фиг. 3, где нижнее крепление типа «заделка»). Шарнирное крепление гидроцилиндров показано кружочками. Там, где ход гидроцилиндра превышает его длину, применены телескопические гидроцилиндры.

Может создаться впечатление, что показанные устройства неработоспособны, так как реальные гидроцилиндры не уберутся в отведенные для них зазоры. На самом деле это не так потому, что гидроцилиндры и даже рычаги могут быть расположены в другой (других) плоскости. Например, глядя на любой из приведенных чертежей, представьте себе, что гидроцилиндр расположен как бы над и/или под рисунком, или попарно над и под рисунком. Кроме того, гидроцилиндры при небольших потребных усилиях могут быть действительно очень тонкими (например, в невесомости). Наконец, они могут иметь сплющенное поперечное сечение (овальное, прямоугольное, линзовидное).

Работают варианты на фиг. 1-4 так: гидроцилиндры выдвигаются, и посредством рычага 3 или толкателя 6 деталь поворачивается на угол примерно 330 градусов. Для облегчения понимания траектории ось поворота обозначена «О», точка крепления гидроцилиндра к рычагу - «А», точка крепления гидроцилиндра или рычага к поворотной детали - «Б», а их положения в повернутом положении соответственно А′ и Б′.

Вариант 5 на фиг. 5, 6 может иметь три подварианта:

A) ось тора совпадает с осью вращения детали 1 - этот вариант настолько очевиден, что не иллюстрируется.

Б) тор расположен несимметрично относительно детали 1 и проходит ближе к оси вращения «О» детали, чем в предыдущем случае, то есть тор имеет меньший радиус вращения и, соответственно, меньший вес и объем. Фиг. 5.

B) особенно интересен подвариант, когда при повороте детали на угол, меньший 330 градусов, например, на угол 210 градусов, необходимый угол сектора тора может быть значительно меньше угла поворота детали - примерно 60-70 градусов. Фиг. 6.

Работают варианты на фиг. 5, 6 так: при выпуске торообразного гидроцилиндра 7 деталь поворачивается на нужный угол. На фиг. 5 торообразный гидроцилиндр телескопический, а на фиг. 6 он может быть одинарным.