зажим для крепления предмета

Формула изобретения

Зажим для крепления предмета, содержащий корпус и рукоятку, отличающийся тем, что корпус имеет П-образный паз, кроме того, корпус имеет полость, ось которой перпендикулярна продольной оси симметрии П-образного паза, в полости размещена защелка для закрепления предмета в П-образном пазу, во внутренней полости которой размещены пружина, ползун и винт, в боковой стенке защелки выполнен сквозной паз, причем ось паза параллельна оси защелки, в корпусе зажима также выполнен сквозной паз, ось которого параллельна оси полости корпуса, при этом в сквозных пазах защелки и корпуса размещен штифт, жестко установленный в ползуне, вдоль оси ползуна выполнено резьбовое отверстие, в которое одним концом ввинчен винт, на другом конце которого размещена рукоятка, кроме того, винт снабжен ограничителем поступательного движения, свободный конец защелки снабжен тремя скосами, имеющими наклоны по отношению к продольной оси защелки под углами ₁, ₂, ₃, при этом под углом ₁ выполнен скос со стороны входа в П-образный паз, а под углами ₂, ₃ - скосы со стороны глухого торца П-образного паза, причем arctgf<₁</2, 0<₂<arctgf, 0<₃</2, где f - коэффициент трения скосов защелки о поверхность зажимаемого предмета, входные стенки П-образного паза имеют центрирующие скосы, ориентированные к оси симметрии полости зажима под углами ₄, ₅, где arctgf<₄</2, arctgf<₅</2, где f" - коэффициент трения центрирующих скосов П-образного паза о поверхность зажимаемого предмета.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области машино- и приборостроения и представляет собой механическое средство фиксации изделий. Оно может быть использовано в узлах крепления крупногабаритных трансформируемых конструкций, раскрывающихся в рабочее положение из компактно уложенного положения транспортировки (такими конструкциями могут быть мачты, фермы, штанги, мосты, лестницы, трапы, палатки, чехлы, крыши); в шахтном и горном оборудовании, в робототехнике и манипуляторах; для автоматизации производства; в системах стыковки, дооснащения и перемещения летательных и космических аппаратов; в держателях научного и служебного оборудования в открытом космосе; в страховочных и транспортировочных фалах; в альпинистском снаряжении.

Известен пружинный зажим, представляющий собой прищепку (пат. Великобритании 1451919, 1976). Зажим содержит пружину и рычаги, соединенные между собой цилиндрическим шарниром посередине, снабженные парой сведенных вместе противоположных лапок и парой участков, выполняющих функцию рукоятки, спиральная пружина надета на стержень, имеющий рукоятку. Последний перемещается из первого, свободного положения во второе, в котором пружина сжата и действует между участками, выполняющими функцию рукоятки. К недостаткам аналога относятся отсутствие фиксатора сжатого положения зажима, что приводит к ненадежной фиксации зажима, и отсутствие автоматической фиксации.

Известен также зажим для крепления гибкой юбки к боковой пластине ленточного конвейера, представляющий собой кулачковый фиксатор (пат. Великобритании 2081367, 1982). Устройство принято в качестве прототипа. Зажим содержит корпус, рукоятку, промежуточный элемент, несущий на одном конце стержень, а на другом - упорную пяту, и кулачковый приводящий элемент, поворотно установленный на цапфах, которые прикреплены к опоре. Недостатками прототипа являются отсутствие автоматической фиксации и громоздкость конструкции.

Задачей изобретения является повышение надежности крепления и оперативности срабатывания; обеспечение автоматизации процесса фиксации; компактность и малый вес; прочность и жесткость корпуса; технологичность в изготовлении; повышение унификации изделия.

Поставленная задача достигается за счет того, что зажим для крепления предмета, содержащий корпус и рукоятку, отличающийся тем, что корпус имеет П-образный паз, кроме того, корпус имеет полость, ось которой перпендикулярна продольной оси П-образного паза, в полости размещена защелка для закрепления предмета в П-образном пазу, во внутренней полости которой размещены пружина, ползун и винт, в боковой стенке защелки выполнен сквозной паз, причем ось паза параллельна оси защелки, в корпусе зажима также выполнен сквозной паз, ось которого параллельна оси полости корпуса, при этом в сквозных пазах защелки и корпуса размещен штифт, жестко установленный в ползуне, вдоль оси ползуна выполнено резьбовое отверстие, в которое одним концом ввинчен винт, на другом конце которого размещена рукоятка, кроме того, винт снабжен ограничителем поступательного движения, свободный конец защелки снабжен тремя скосами, имеющими наклоны по отношению к продольной оси защелки под углами ₁, ₂, ₃, при этом под углом ₁ выполнен скос со стороны входа в П-образный паз, а под углами ₂, ₃ - скосы со стороны глухого торца П-образного паза, причем arctgf<₁</2, 0<₂<arctgf, 0<₃</2, где f - коэффициент трения скосов защелки о поверхность зажимаемого предмета, входные стенки П-образного паза имеют центрирующие скосы, ориентированные к оси симметрии полости зажима под углами ₄, ₅, где arctgf<₄</2, arctgf<₅</2,

где - f" коэффициент трения центрирующих скосов П-образного паза о поверхность зажимаемого предмета.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1-4 представлен общий вид предлагаемого устройства;

на фиг. 1, 5-8 показаны положения элементов зажима на разных этапах его работы: перед входом предмета (подлежащего "захвату") в П-образный паз корпуса зажима (фиг. 1); при промежуточном положении предмета (фиг.5); при "захвате" предмета в корпусе зажима (фиг.6); при жесткой фиксации предмета (фиг.7); при удалении предмета из зажима (фиг.8);

фиг.9-12 поясняют определение границ для значений углов ₁, ₂,...,₅.

На чертежах представлены следующие позиции:

1 - корпус,

2 - ползун,

3 - защелка,

4 - винт,

5 - штифт,

6 - пружина,

7 - рукоятка,

8 - скос,

9 - П-образный паз,

10 - скос,

11 - предмет,

12 - скос,

13 - стенка,

14 - стенка,

15 - скос,

16 - скос,

17 - сквозной паз,

18 - сквозной паз,

19 - полость,

20 - полость,

21 - резьбовое отверстие,

22 - буртик,

23 - стенка,

24 - ось П-образного паза.

Предлагаемый зажим для крепления предмета содержит корпус 1 и рукоятку 7. При этом корпус 1 имеет П-образный паз 9, кроме того, корпус 1 имеет полость 19, ось которой перпендикулярна продольной оси симметрии паза 9. В полости 19 размещена защелка 3, во внутренней полости которой размещены пружина 6, ползун 2 и винт 4. В боковой стенке защелки 3 выполнен сквозной паз 17, причем ось паза 17 параллельна оси защелки 3. В корпусе 1 зажима также выполнен сквозной паз 18, ось которого параллельна оси полости 19. При этом в сквозных пазах 17, 18 размещен штифт 5, жестко установленный в ползуне 2. Вдоль оси ползуна 2 выполнено резьбовое отверстие 21, в которое одним концом ввинчен винт 4, на другом конце которого размещена рукоятка 7. Кроме того, винт 4 снабжен ограничителем поступательного движения, выполненным в виде буртика 22, препятствующего смещению винта 4 относительно корпуса 1 зажима. Свободный конец защелки 3 снабжен скосами 8, 10, 12. При этом угол ₁ наклона скоса 8 к оси полости 19 равен 45^o. Угол ₂ наклона скоса 10 равен 0^o. Угол ₃ наклона скоса 12 равен 45^o. Входные стенки 13, 23 П-образного паза 9 имеют центрирующие скосы 15, 16, ориентированные к оси симметрии полости 19 зажима под углами ₄ = ₅ = 60.

При необходимости "захватить" предмет 11 зажим располагается таким образом, чтобы ось предмета 11 была параллельна оси 24 паза 9 (фиг.1, 2). При "погружении" в паз 9 предмет 11 корректирует свое положение относительно стенок паза 9, взаимодействуя с центрирующими скосами 15, 16. После чего предмет 11 взаимодействует со скосом 8 (фиг.1) защелки 3, отодвигает последнюю (фиг.5) (сжимая пружину 6) и оказывается в полости П-образного паза 9 зажима. При этом защелка 3 под действием пружины 6 возвращается в исходное положение. Причем скос 10 защелки 3 перекрывает предмету 11 выход из паза 9 (фиг.6).

Предмет 11 оказывается запертым в пазу 9.

На этапе фиксации предмета 11 оператор вращает рукоятку 7 в направлении "закрыть" (фиг.4). При этом в том же направлении вращается винт 4, свинчивая с себя ползун 2. Причем штифт 5, упираясь в стенки паза 18, не позволяет ползуну 2 вращаться вокруг своей продольной оси. Вследствие чего ползун 2, перемещаясь вдоль оси полости 19, смещает пружину 6 и защелку 3 в направлении предмета 11 до тех пор, пока скос 12 защелки 3 упрется в упомянутый предмет 11.

При дальнейшем (в том же направлении) вращении рукоятки 7 ползун 2, сжимая пружину 6, достигает донышка защелки 3 и через него воздействует на предмет 11, "вжимая" его (см. силу F, фиг.7) в угол между стенками 13, 14.

При этом предмет 11 оказывается жестко зафиксированным в корпусе 1 зажима.

На этапе расфиксации предмета 11 оператор вращает рукоятку 7 в направлении "открыть" (фиг. 4). При этом в том же направлении вращается винт 4, навинчивая на себя ползун 2 и перемещая его вдоль оси полости 19. Причем штифт 5 увлекает за собой защелку 3 до тех пор, пока скосы 8, 10, 12 окажутся утопленными в полости 19 корпуса 1 зажима (фиг.8), а паз 9 окажется свободным. При этом предмет 11 может быть беспрепятственно извлечен из паза 9.

Дадим обоснование допустимых границ для значений углов ₁,...,₅.

Назначение скоса 16 - скорректировать в нужную сторону положение предмета 11 при его заглублении в паз 9. Пусть (фиг.9) на предмет 11 оказывает внешнее воздействие F в сторону паза 9. Для возможности скольжения предмета 11 по скосу 16 в сторону паза 9 необходимо, чтобы имело место

Fsin₄>Fcos₄f (1)

где f" - коэффициент трения предмета 11 о скос 16.

Из (1) имеем:

tg₄>f (2)

Откуда

₄>arctgf (3)

С другой стороны, при ₄ ~ /2 скос 16 перестает быть центрирующим. Поэтому для величины угла ₄ можем записать

arctgf<₄</2 (4)

Аналогично для угла ₅ имеем:

arctgf<₅</2 (5)

Назначение скоса 8 - обеспечить смещение защелки 3 внутрь полости 19 на этапе "захвата" предмета 11.

Пусть (фиг.10) на предмет 11 оказывается внешнее воздействие F в сторону паза 9.

Для возможности скольжения предмета 11 по скосу 8 при утапливании защелки 3 в полость 19 необходимо, чтобы имело место

Fsin₁>Fcos₁f, (6)

где f - коэффициент трения предмета 11 о скос 8.

Из (6) имеем:

₁>arctgf (7)

С другой стороны, при ₁ ~ /2 защелка 3 уже не может выполнять своих функций. Поэтому для величины угла ₁, можем записать:

arctgf<₁</2 (8)

Назначение скоса 10 - перекрыть выход предмету 11 из паза 9. Поэтому угол ₂ должен быть выбран с таким расчетом, чтобы контакт предмета 11 со скосом 10 не вызывал смещения защелки 3 вдоль оси полости 19.

Пусть (фиг. 11) F - сила взаимодействия предмета 11 со скосом 10. При этом сила F₁, стремящаяся сдвинуть защелку 3, равна

F₁ = Fsin₂ (9)

Теперь рассмотрим максимальную силу F¹, которая сопротивляется сдвигу защелки:

F¹ = Fcos₂f+F₀, (10)

где f - коэффициент трения предмета 11 о скос 10;

F₀ - сила сжатия пружины 6.

Условие неподвижности защелки запишется как

F F¹ (11)

Или с учетом (9), (10),

Fsin₂Fcos₂f+F₀, (12)

При F>>F₀ выражение (12) упрощается и принимает вид

Fsin₂Fcos₂f, (13)

Откуда

₂arctgf. (14)

С другой стороны, исходя из функционального назначения скоса 10, имеем:

₂0

Объединив неравенства (14), (15), для допустимой величины угла ₂ можем записать



Назначение скоса 12 - воздействовать на предмет 11, обеспечивая жесткую фиксацию предмета 11 в пазу 9. Величина угла ₃, (фиг.12) при этом определяется из следующих соображений:

- необходимостью сравнительно большим или меньшим усилием прижать предмет 11 к стенке 13 или 14;

- необходимостью учитывать прочность предмета 11 по направлению прилагаемой к нему силы F (фиг.12).

Учитывая указанные обстоятельства, для величины угла ₃ можем записать

/2₃>0 (17)

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами.

1. Зажим обладает единственным управляющим органом-рукояткой, приводящей его (зажим) в режим автоматического захвата, жесткой фиксации или расфиксации. Кроме удобства пользования указанная особенность механизма оказывается в ряде случаев весьма существенной в другом смысле, а именно в обстоятельствах стесненного пространства, когда достать рукой какую-либо дополнительную ручку или рычаг механизма просто не представляется возможным. (Такие случаи весьма часто представляет практика).

2. Устройство обладает свойством быстрого и надежного "захвата" предмета с последующей жесткой фиксацией его корпусе зажима.

Использование предлагаемого средства фиксации дает существенное преимущество там, где требуется оперативность проведения монтажных работ в сочетании с высокой надежностью фиксации.

Так фиксация на стержне прямоугольного поперечного сечения (поручне, трубе, профиле) происходит за доли секунды и полностью исключает возможность проворачивания стержня вокруг своей оси, а после фиксации стопорным винтом - также скольжения вдоль оси стержня.

3. Использование таких зажимов в качестве струбцин для фиксации деталей, заготовок и инструментов в производстве и изготовлении изделий существенно сократит время на подготовку и налаживание оборудования.

4. Компактность зажима, его малое время фиксации, надежность крепления, исключающая проворачивание и скольжение фиксируемого изделия, дает возможность использования его в качестве узлов крепления крупногабаритных трансформируемых конструкций, раскрывающихся из компактного уложенного положения: трансформируемые мачты, фермы, штанги, каркасы.

5. Конструкция зажима пожаро- и взрывобезопасна, что дает возможность применения его в шахтах, в пожароопасных местах и агрессивных средах.

6. Учитывая автоматическую фиксацию, зажимы такого типа могут применяться для крепления держателей научного и служебного оборудования в открытом космосе.

7. Все детали зажима технологичны и выполнены из технологичных конструкционных материалов, для их изготовления не требуется специальной дорогостоящей оснастки, сборочный процесс также не представляет особых трудностей, поэтому производство таких зажимов экономически выгодно.