Зажим для крепления предмета

 

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и представляет собой механическое средство фиксации изделий. Зажим для крепления предмета содержит корпус и рукоятку. Корпус имеет П-образный паз и 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. Винт снабжен ограничителем поступательного движения, свободный конец защелки снабжен тремя скосами, имеющими наклоны по отношению к продольной оси защелки под углами α₁, α₂, α₃. При этом под углом α₁ выполнен скос со стороны входа в П-образный паз, а под углами α₂, α₃ - скосы со стороны глухого торца П-образного паза, причем arctgf<α₁<π/2, 0<α₂<arctgf, 0<α₃<π/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 α₄, α₅, где arctgfʹ<α₄<π/2, arctgfʹ<α₅<π/2, где f' - коэффициент трения центрирующих скосов П-образного паза о поверхность зажимаемого предмета. В результате повышается надежность крепления и оперативность срабатывания, обеспечивается автоматизация процесса фиксации, компактность и малый вес, повышается прочность и жесткость корпуса, технологичность в изготовлении, унификация изделия. 12 ил.

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 α₁, α₂, α₃, при этом под углом α₁ выполнен скос со стороны входа в П-образный паз, а под углами α₂, α₃ - скосы со стороны глухого торца П-образного паза, причем arctgf<α₁<π/2, 0<α₂<arctgf, 0<α₃<π/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 α₄, α₅, где arctgfʹ<α₄<π/2, arctgfʹ<α₅<π/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 α₁, α₂,...,α₅. 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 α₁ наклона скоса 8 к оси полости 19 равен 45^o. Угол α₂ наклона скоса 10 равен 0^o. Угол α₃ 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 α₄ = α₅ = 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 α₁,...,α₅.
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
F•sinα₄>F•cosα₄•fʹ (1)
где f' - коэффициент трения предмета 11 о скос 16.

Из (1) имеем:
tgα₄>fʹ (2)
Откуда
α₄>arctgfʹ (3)
С другой стороны, при α₄ ~ π/2 скос 16 перестает быть центрирующим. Поэтому для величины угла α₄ можем записать
arctgfʹ<α₄<π/2 (4)
Аналогично для угла α₅ имеем:
arctgfʹ<α₅<π/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
F•sinα₁>F•cosα₁•f, (6)
где f - коэффициент трения предмета 11 о скос 8.

Из (6) имеем:
α₁>arctgf (7)
С другой стороны, при α₁ ~ π/2 защелка 3 уже не может выполнять своих функций. Поэтому для величины угла α₁, можем записать:
arctgf<α₁<π/2 (8)
Назначение скоса 10 - перекрыть выход предмету 11 из паза 9. Поэтому угол α₂ 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 = F•sinα₂ (9)
Теперь рассмотрим максимальную силу F¹, которая сопротивляется сдвигу защелки:
F¹ = F•cosα₂•f+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),
F•sinα₂≤F•cosα₂•f+F₀, (12)
При F>>F₀ выражение (12) упрощается и принимает вид
F•sinα₂≤F•cosα₂•f, (13)
Откуда
α₂≤arctgf. (14)
С другой стороны, исходя из функционального назначения скоса 10, имеем:
α₂≥0
Объединив неравенства (14), (15), для допустимой величины угла α₂ можем записать

Назначение скоса 12 - воздействовать на предмет 11, обеспечивая жесткую фиксацию предмета 11 в пазу 9. Величина угла α₃, (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 α₃ можем записать
π/2≥α₃>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.

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 α₁, α₂, α₃, при этом под углом α₁ выполнен скос со стороны входа в П-образный паз, а под углами α₂, α₃ - скосы со стороны глухого торца П-образного паза, причем arctgf<α₁<π/2, 0<α₂<arctgf, 0<α₃<π/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 α₄, α₅, где arctgfʹ<α₄<π/2, arctgfʹ<α₅<π/2, где f' - коэффициент трения центрирующих скосов П-образного паза о поверхность зажимаемого предмета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12