ИНСТРУМЕНТ С ОГРАНИЧЕНИЕМ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Изобретение относится к ручным инструментам и приспособлениям, предназначенным для создания оператором крутящего момента при работе в особых условиях, в частности в условиях открытого космоса, под водой.

Известен механизированный гайковерт [1] , [4], в конструкции которого предельная величина крутящего момента обеспечивается шариковой муфтой, в которой шарики взаимодействуют с периферийными лысками ведущего элемента под воздействием конической поверхности подвижной втулки, нагруженной пружиной. Для регулировки момента, передаваемого муфтой, разборка гайковерта не требуется, но необходим дополнительный инструмент.

Известна также механическая отвертка [2], [5], конструкция которой обеспечивает включение ограничителя крутящего момента на заключительном этапе работы, т. е. окончательную предельную затяжку винта, предельная величина крутящего момента обеспечивается шариковой муфтой, в которой шарики взаимодействуют с торцевыми кулачками ведущего и ведомого элементов, нагружаемых пружиной. Для регулировки момента, передаваемого муфтой, требуется частичная разборка механической отвертки.

Вышеприведенные конструкции обеспечивают только одну фиксированную величину предельного крутящего момента, для настройки которого необходимы определенные условия и иной инструмент, что исключает возможность регулировки непосредственно на рабочем месте в специфических условиях (в открытом космосе, под водой). При работе с устройствами, требующими ограничения нескольких уровней крутящего момента, увеливается количество необходимого инструмента на рабочем месте.

Наиболее близким из аналогов является инструмент с ограничением крутящего момента [3], выбранный в качестве прототипа и содержащий корпус с размещенными в нем ведомым валом и механизмом ограничения крутящего момента, и рабочий наконечник. Конструкция данного инструмента обеспечивает плавную регулировку крутящего момента в определенном диапазоне. Механизм ограничения крутящего момента выполнен в виде муфты, в которой цилиндрические ролики, размещенные в радиальных пазах на торце ведущего элемента, контактируют с шариками, расположенными в сферических лунках ведомого вала, под действием пружины, предварительная сила поджатия которой устанавливается винтом. Установка необходимой величины предельного крутящего момента выполняется обычным регулировочным механизмом.

Предлагаемая конструкция инструмента требует высокой точности изготовления элементов деталей, особенно цилиндрических радиальных пазов ведущего элемента и сферических лунок ведомого вала. Рекомендации по нанесению политетрафторэтиленового (тефлонового) покрытия в сферические лунки ведомого элемента при необходимой высокой точности изготовления вызывает сомнения. Конструкция требует применения роликов и шариков с жесткими требованиями по разноразмерности, но это не исключает селективной сборки. Вышеизложенное увеличивает стоимость инструмента. Установка необходимой величины предельного крутящего момента обычным регулировочным механизмом исключает возможность применения инструмента оператором, работающим в скафандре в условиях плохой видимости, в перчатках, и требует выполнения этой операции двумя руками. Диапазон плавной регулировки крутящего момента определяется характеристиками пружины, для его расширения необходимо увеличивать ее жесткость, что снижает точность настройки.

Вышеприведенные конструкции не обеспечивают ограничения изгибающего момента, воздействующего на обслуживаемое устройство при работе, что может привести к его повреждению. Отсутствие страховочного канатика у вышеперечисленных инструментов может привести к потере инструмента при проведении работ в особых условиях и, следовательно, к срыву выполнения задания.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения двух фиксированных уровней ограничения крутящего момента, а также ограничения изгибающего момента, воздействующего на обслуживаемое устройство, обеспечение работоспособности инструмента в сложных условиях, преимущественно в условиях открытого космоса или под водой, при увеличении числа операций, выполняемых инструментом, и обеспечении высокой надежности и качества выполняемых работ.

Поставленная задача решается тем, что в инструменте с ограничением крутящего момента, содержащем корпус с размещенными в нем ведомым валом и механизмом ограничения крутящего момента и рабочий наконечник, в отличие от известного механизм ограничения крутящего момента выполнен в виде комбинированной шариковой муфты с фиксированными уровнями предельного крутящего момента, в рабочей втулке которой на одном из торцов выполнены радиальные пазы, а на наружной цилиндрической поверхности - продольные пазы, с продольными пазами контактирует шар, на шар через шток воздействует пружина, снабженная регулировочным винтом, с радиальными пазами контактируют размещенные в ведомом валу шарики, на которые через толкатели воздействуют пружины, снабженные регулировочными винтами и размещенные в том же ведомом валу, а также введен механизм переключения предельного уровня крутящего момента, выполненный в виде якоря, с поперечным пазом которого контактирует запирающий рабочую втулку шар, взаимодействующий с продольной лункой рабочей втулки, ведомый вал соединен с рабочим наконечником посредством механизма ограничения изгибающего момента.

Механизм ограничения изгибающего момента предлагается выполнить в виде карданного шарнира с установленными в вилках шариковыми фиксаторами, на шарики которых через толкатели воздействуют пружины, снабженные регулировочными прокладками, а шарики контактируют с лунками шара карданного шарнира.

Корпус имеет водило, выполненное за одно целое с корпусом и в предлагаемом решении расположенное перпендикулярно продольной оси корпуса; на водило установлена рукоять перпендикулярно продольной оси водила. При этом рукоять предлагается выполнить оптимизированной под перчатку скафандра оператора и снабдить узлом крепления страховочного канатика.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными на сегодняшний день устройствами вновь созданная конструкция обеспечивает работоспособность инструмента в сложных условиях при проведении работ с ограничением двух уровней крутящего момента, например, при возникновении ситуации, требующей приложения крутящего момента к устройствам, конструкция которых не допускает превышения величины воздействующего как крутящего, так и изгибающего моментов, что позволяет сократить номенклатуру как общего набора инструментов, так и набора инструментов, доставляемых к месту работ.

Улучшение эксплуатационных характеристик предлагаемой конструкции достигается тем, что она позволяет в процессе эксплуатации легко переходить из одного режима работы - с ограничением одного уровня крутящего момента к другому, одновременно ограничивает уровень изгибающего момента, возникающего в процессе работы и воздействующего на гнездо устройства, рукоять инструмента оптимизирована под перчатку скафандра, инструмент оснащен страховочным канатиком, исключающим его потерю, так как потеря приводит к срыву выполнения задания.

Суть изобретения поясняется фигурами:
фиг.1 показывает инструмент в продольном сечении;
фиг. 2 показывает поперечное сечение инструмента по муфте ограничения крутящего момента низкого уровня;
фиг.3 показывает общий вид инструмента.

Инструмент включает корпус 1, имеющий водило 2 с установленной на нем рукоятью 3, в корпусе 1 расположена комбинированная шариковая муфта с фиксированными уровнями предельного крутящего момента, обеспечивающая ограничение двух уровней крутящего момента и состоящая из рабочей втулки 4, имеющей на цилиндрической поверхности продольные пазы 5, например шесть, и радиальные пазы 6, например шесть, на одном торце; с одним из продольных пазов 5 контактирует шар 7, на который воздействует через шток 8 пружина 9, регулируемая винтом 10, размещенные в водиле 2. С радиальными пазами 6 контактируют шарики 11, на которые через толкатели 12 воздействуют пружины 13, регулируемые винтами 14 и размещенные в ведомом валу 15, вращение которого относительно корпуса 1, соединенного с корпусной втулкой 16, обеспечивается подшипником 17, втулкой 18 и шариками 19, 20. В корпусе также установлен переключатель уровней крутящего момента, состоящий из подвижного якоря 21, в котором выполнены лыска 22, поперечный паз 23 и две кольцевые проточки 24, соединенного винтами 25 с гашеткой 26; запирающего рабочую втулку шара 27 и шарикового фиксатора, включающего шарик 28 и пружину 29. Ведомый вал 15 и рабочий наконечник 30 соединены механизмом ограничения изгибающего момента, выполненного в виде карданного шарнира, в состав которого входят: вилка 31, охватывающая ведомый вал, вилка 32, соединенная с рабочим наконечником, шар 33 с заточками 34; в шаре 33 выполнены конические лунки 35, в которых находятся шарики 36 (шариковых фиксаторов), на которые через толкатели 37 воздействуют пружины 38, регулировка силы которых производится набором прокладок 39; инструмент защищен втулками 40 и 41. В рабочем участке рабочего наконечника 30 размещен шариковый фиксатор, состоящий из шарика 42 и пружины 43. На рукояти 3 размешен узел крепления страховочного канатика, включающий заглушку 44, штифт 45 и канатик 46 с кольцом 47.

Работает инструмент следующим образом.

Перед перемещением к месту непосредственной работы оператор закрепляет кольцо 47 канатика 46 на скафандре, что исключает потерю инструмента как во время перемещения, так и при выполнении работ. Для применения инструмента в режиме ограничения высокого уровня крутящего момента якорь 21 совместно с гашеткой 26, соединенные винтами 25, перемещаются в корпусе 1 до совмещения соответствующей метки на гашетке 26 с меткой на корпусе 1. В этом положении запирающий рабочую втулку шар 27 выдвигается в один из пазов 5 рабочей втулки 4, фиксируя ее относительно корпуса 1, при этом плоскость 22 якоря 21 не допускает обратного перемещения запирающего рабочую втулку шара 27; одновременно под действием пружины 29 шарик 28 встанет в соответствующую кольцевую проточку 24, фиксируя переключатель и соответственно отключая механизм ограничения крутящего момента по низкому фиксированному уровню предельного крутящего момента. Инструмент устанавливается рабочим участком рабочего наконечника 30 в гнездо соответствующего устройства и автоматически фиксируется в нем шариком 42 под действием пружины 43. Крутящий момент создается оператором приложением силы к рукояти 3. При превышении установленного уровня крутящего момента происходит срабатывание механизма ограничения крутящего момента по высокому фиксированному уровню предельного крутящего момента; шарики 11 выходят из радиальных пазов 6 рабочей втулки 4, перемещают толкатели 12, сжимая пружины 13, установленные в гнездах рабочего вала 15, что приводит к резкому снижению момента сопротивления на рукояти 3. Оператор прекращает воздействие на рукоять 3. Работа возобновляется плавным увеличением оператором силы воздействия на рукоять 3. Предварительное поджатие пружин 13, определяющее момент срабатывания муфты, выполняется винтами 14.

Для применения инструмента в режиме ограничения низкого уровня крутящего момента якорь 21 совместно с гашеткой 26 (соединены винтами 25) перемещается в корпусе 1 до совмещения соответствующей метки на гашетке 26 с меткой на корпусе 1. В этом положении в зоне запирающего шара 27 располагается паз 23 якоря 21, обеспечивающий расфиксацию рабочей втулки 4 относительно корпуса 1, одновременно под действием пружины 29 шарик 28 встанет в соответствующую кольцевую проточку 24, фиксируя переключатель и соответственно включая муфту низкого фиксированного уровня предельного крутящего момента. Инструмент устанавливается рабочим участком наконечника 30 в гнездо соответствующего устройства и автоматически фиксируется в нем шариком 42 под действием пружины 43. Крутящий момент создается оператором приложением силы к рукояти 3. При превышении установленного уровня крутящего момента происходит срабатывание шариковой муфты низкого уровня: шар 7 выходит из продольного паза 5 рабочей втулки 4, перемещая шток 8; соответственно сжимается пружина 9, что приводит к резкому снижению момента сопротивления на рукояти 3. Оператор прекращает воздействие на рукоять. Продолжение работы выполняется плавным увеличением силы воздействия на рукоять. Предварительное поджатие пружины 9, определяющее момент срабатывания муфты, выполняется винтом 10.

При работе инструментом ограничивается воздействие изгибающего момента на гнездо соответствующего устройства. При превышении допустимой величины изгибающего момента происходит поворот вилок 31 и 32 совместно с шаром 33 (детали соединены заточками 34), шарики 36 выходят из лунок 35, перемещая толкатели 37 и соответственно сжимая пружины 38, корпус инструмента поворачивается в шарнире, происходит "слом". Для продолжения работы корпус возвращается оператором в исходное положение. Предварительное поджатие пружин 38, определяющее момент срабатывания муфты, выполняется установкой прокладок 39.

После выполнения работ оператор снимает инструмент с устройства, преодолевая силу фиксации, определяемую шариком 43, пружиной 42 и конструкцией гнезда регулируемого устройства.

Установка величины крутящего момента высокого уровня производится предварительным сжатием пружин 13, вращением винтов 14, при этом для исключения изменения характеристики муфты (закручивания пружины из-за торцевого трения и снижения трения между шариками и пружиной) между шариками 11 и пружинами 13 установлены толкатели 12.

Установка величины крутящего момента низкого уровня производится предварительным сжатием пружины 9 под действием вращения винта 10, при этом для исключения изменения характеристики муфты (закручивания пружины из-за торцевого трения и снижения трения между шариком и пружиной) между шаром 7 и пружиной 9 установлен шток 8.

Предлагаемые изменения конструкции позволяют применять инструмент в сложных условиях при проведении регулировочных и аварийных работ, например, при отказе электроприводов устройств применение инструмента обеспечит приведение их в исходное, т.е. безопасное положение, при выполнении специфических требований, определяемых особыми условиями работы оператора в скафандре, при ограниченном общем наборе инструментов и строго ограниченном наборе инструментов на рабочем месте.

Список литературы
1. Заявка 1343388, Великобритания, УКД 621.838.9:621.883.7 (088.8).

2. Патент US 5775186.

3. Патент US 5239875 - прототип.

4. Справочник конструктора точного машиностроения, под редакцией Явленского К.П., Тимофеева В.П., Чаадаевой Е.Е. "Машиностроение", 1989, с.433.

5. Ф.Д. Дроздов. Детали приборов. "Государственное издательство оборонной промышленности", 1948, с.333.