Фиксатор и способ фиксации, обеспечивающие освобождение удерживаемого звена при заданном максимальном значении силы

Изобретение относится к средствам для предотвращения перемещений звеньев. Фиксатор содержит соединенное со стойкой удерживающее звено, которое имеет возможность воздействия на удерживаемое звено. Удерживающее звено имеет резьбовую часть для завинчивания в стойку, на конце удерживающего звена имеется выступ. Площадь контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном расположена на выступе удерживающего звена. Относительные деформации выступа удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена. Способ фиксации с обеспечением возможности автоматического освобождения удерживаемого звена, в котором посредством удерживающего звена, соединенного со стойкой, обеспечивают воздействие на удерживаемое звено. Удерживающее звено жестко соединяют со стойкой с обеспечением такой величины воздействия удерживающего звена на удерживаемое, что относительные деформации удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена. В результате обеспечивается надежное автоматическое освобождение удерживаемого звена при заданном значении силы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам для предотвращения перемещений звеньев.

Уровень техники

В известных фиксаторах автоматическое освобождение удерживаемого звена (ползуна) может произойти при преодолении силой воздействия на удерживаемое звено воздействия, вызванного силой пружины фиксатора. Например, фиксатор, раскрытый в SU 1190099 (прототип), фиксирует удерживаемое звено посредством скользящего в стойке подпружиненного стержня, на который постоянно воздействует пружина для передачи силы упругости на удерживаемое звено. Однако закругленная форма стержня предназначена для подъема стержня посредством наклонной поверхности удерживаемой детали и обеспечивает возможность упора в выемку на удерживаемой детали. Когда сила воздействия на удерживаемую деталь превысит силу взаимодействия между закругленным концом стержня и выемкой, зависящей от силы упругости пружины и глубины выемки, то деталь получит возможность смещения.

Использование упругих элементов препятствовало применению фиксаторов в тех случаях, когда устройства должны быть компактными, выдерживать значительные силы воздействия и освобождать удерживаемое звено при определенной силе воздействия на него. Причем, в дальнейшем, удерживаемое звено не должно подвергаться действию значительной силы со стороны фиксатора, т.е. не должно иметь приемных выемок/отверстий для удерживающего звена, чтобы обеспечить возможность малых сдвигов удерживаемого звена.

Известен принцип действия винтового пресса, использующийся в струбцине-прессе, известной из RU 3237 U1 или в тисках-верстаке, известных из RU 2023581 С1, для простого и надежного прижатия заготовок. Однако данные устройства не являются фиксаторами, т.к. их назначением является недопущение случайного освобождения удерживаемого звена.

Раскрытие изобретения

Ненадежность автоматического срабатывания известных фиксаторов с упругими элементами решена исключением отдельного упругого элемента из устройства фиксатора и созданием нового принципа работы фиксаторов на основе физических свойств элементов фиксатора, а именно свойств трения и текучести материалов.

Следует отметить, что свойство текучести материала само по себе катастрофично, в связи с чем нагрузки элементов выше области текучести не допускались в известных решениях.

Поставленная задача решена посредством способа фиксации, включающим ранее не предлагавшееся в средствах, обеспечивающих возможность автоматического освобождения удерживаемого звена, жесткое соединение удерживающего звена со стойкой для обеспечения воздействия на удерживаемое звено с его автоматическим освобождением.

В этом способе фиксации с обеспечением возможности автоматического освобождения удерживаемого звена посредством удерживающего звена обеспечивают воздействие на удерживаемое звено и обеспечивают такую величину воздействия удерживающего звена на удерживаемое, что относительные деформации удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена.

Теория работы нового типа фиксаторов основывается на том, что посредством удерживающего звена обеспечивают воздействие на удерживаемое звено, при этом удерживающее звено соединяют со стойкой так, что в рабочем состоянии оно не имеет возможности смещения относительно стойки, а автоматическое освобождение удерживаемого звена обеспечивается при превышении заданного значения силы смещения удерживаемого звена. В данном способе удерживающее звено на площади (s) его контакта с удерживаемым звеном обеспечивает силу (F_{тр.макс.}) трения покоя между стойкой и удерживаемым звеном, заданное значение силы смещения удерживаемого звена определяется значением силы (F_{тр.макс.}) трения покоя, которое является производным от выбора величины механического напряжения (σ_T) в удерживающем звене в части, контактирующей с удерживаемым звеном, от выбора величины площади (s) контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном, и от выбора материалов удерживающего и удерживаемых звеньев. Автоматическое освобождение удерживаемого звена может быть обеспечено при изгибе выступа или его части. Заданное значение силы смещения удерживаемого звена включает в себя значение дополнительной силы F_доп., необходимой для данного изгиба. Выступ может выполняться таким, что после изгиба он практически не будет иметь возможность оказывать воздействие на удерживаемое звено. В способе может быть применено раскрытое ниже устройство фиксатора.

Фиксатор содержит соединенное со стойкой удерживающее звено, которое имеет возможность воздействия на удерживаемое звено, удерживающее звено имеет резьбовую часть для завинчивания в стойку. При этом на конце удерживающего звена имеется выступ, площадь контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном расположена на выступе удерживающего звена, относительные деформации выступа удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена.

Площадь контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном может быть меньше, чем площадь сечения части удерживающего звена, соединенной со стойкой.

В фиксаторе обеспечено предотвращение отвинчивания удерживающего звена.

Последующее закрепление удерживающего звена к стойке обеспечено посредством сварки или пайки или склейки.

Удерживающее звено фиксатора может быть выполнено составным, при этом выступ удерживающего звена установлен в выемку части удерживающего звена, соединенной со стойкой.

Автоматическое освобождение удерживаемого звена обеспечивается при изгибе выступа или его части. Заданное значение силы смещения удерживаемого звена включает в себя значение дополнительной силы F_доп., необходимой для данного изгиба. Выступ может быть выполнен таким, что после изгиба он практически не имеет возможность оказывать воздействие на удерживаемое звено. При этом возможность определения степени завинчивания удерживающего звена после контакта с удерживаемым звеном может быть обеспечена либо определением силы завинчивания, либо определением угла поворота удерживающего звена. Фиксатор может быть использован для фиксации/автоматического освобождения толкателя средства измерения деформаций и в этом случае удерживающее звено является толкателем средства измерения деформаций.

При установке фиксатора обеспечивается относительная деформация (ε=Δl/l) удерживающего звена в его выступающей части в пределах области (ε₁, ε₂) текучести материала. В силу значительности ширины интервала области (ε₁, ε₂) текучести попадание в указанную область деформаций на практике не вызывает затруднений (фиг.2). Это обеспечивает технический результат в виде простого задания максимального значения силы, обеспечивающего освобождение (автоматическое срабатывание) фиксатора.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 - схема предлагаемого устройства.

Фиг.2 - диаграмма нагружения металлов.

Осуществление изобретения.

Стойка фиксатора (т.е. основание - звено механизма принятое за неподвижное) может содержать верхнюю (I) и нижнюю (II) части конструкции, в которой расположены звенья фиксатора. Части (I) и (II) связаны механически жестко, например, винтовым (болтовым) соединением или выполнены заодно (монолитно). Этот корпус (например, корпус датчика деформации) служит звеном фиксатора, обеспечивающим возможность упора для удерживающего звена без использования промежуточного упругого элемента.

Предпочтительным вариантом выполнения удерживающего звена является винт с выступом на конце, удерживающий ползун в виде стержня (полоски, трубки и т.д.), который прижимается к основанию корпуса с определенной силой N, благодаря которой между ползуном и основанием возникает сила трения покоя с максимальным значением:

F_{тр.макс}.=k·N,

где k - коэффициент трения покоя для материалов ползуна и основания.

Изобретение направлено на обеспечение заданного максимального значения силы трения путем создания заданного значения силы нормального давления благодаря использованию свойства текучести материала винта. Для этого винт В ввинчивается в верхнюю часть (I) устройства до тех пор, пока относительные деформации (ε=Δl/l) прижимающего винта в выступающей части не окажутся в пределах пологой области (ε₁, ε₂) текучести материала. Типичная диаграмма нагружения металлов σ(ε) приведена на фиг.2. В силу значительности ширины интервала (ε₁, ε₂) попадание в указанную область деформаций на практике не вызывает затруднений.

При достижении области текучести (ε₁, ε₂) материала механическое напряжение о винта (отношение силового воздействия на единицу площади) в области выступа имеет строго определенное значение от (в пределах области (ε₁, ε₂) текучести) и, следовательно, сила реакции основания будет определена как:

N=·σ_T·s,

где s - площадь сечения винта в месте контакта с ползуном.

Поэтому максимальное значение силы трения покоя составляет:

F_{тр.макс.}=k·σ_T·s.

Тогда, при величине силы , действующей на ползун:

≤F_{тр.макс.} - ползун находится в покое,

а при >F_{тр.макс.} - начнется скольжение ползуна относительно основания.

В условиях скольжения учет дополнительной силы F_доп., необходимой для изгиба винта, приведет лишь к незначительной коррекции результатов, поскольку F_доп.<<F_{тр.макс}.

В рассмотрении, приведенном выше, предполагается, что:

N<N_кр,

где N_кр - критическое значение Эйлеровой неустойчивости выступа винта к изгибу, подвергаемому продольной деформации. Выполнение этого условия достигается путем обеспечения соответствующих размеров участка сужения винта.

Следует отметить, что удерживающее звено фиксатора может быть составным, например, выступ удерживающего звена может быть установлен в выемку резьбовой части, которая в этом случае будет толкателем для элемента, контактирующего с удерживаемой частью в виде ползуна. Вместо предпочтительного завинчивания могут быть использованы также общие способы создания напряжения в удерживающем звене, например, нажим посредством груза заданного веса или силовое воздействие на удерживающее звено и последующее закрепления удерживающего звена. Это закрепление может быть обеспечено посредством известных способов скрепления (сварки, пайки, склейки и т.д.) удерживающего звена и корпуса, в котором находится фиксатор. Такое неразъемное скрепление может быть целесообразным для обеспечения герметизации корпуса датчика, служащего неподвижным упорным звеном фиксатора.

1. Фиксатор, содержащий соединенное со стойкой удерживающее звено, которое имеет возможность воздействия на удерживаемое звено, отличающийся тем, что удерживающее звено имеет резьбовую часть для завинчивания в стойку, на конце удерживающего звена имеется выступ, площадь контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном расположена на выступе удерживающего звена, относительные деформации выступа удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена.

2. Фиксатор по п.1, отличающийся тем, что площадь контакта удерживающего звена с удерживаемым звеном меньше, чем площадь сечения части удерживающего звена, соединенной со стойкой.

3. Фиксатор по п.1, отличающийся тем, что в нем обеспечено предотвращение отвинчивания удерживающего звена.

4. Фиксатор по п.2, отличающийся тем, что в нем обеспечено предотвращение отвинчивания удерживающего звена.

5. Фиксатор по п.3, отличающийся тем, что последующее закрепление удерживающего звена к стойке обеспечено посредством сварки или пайки или склейки.

6. Фиксатор по п.4, отличающийся тем, что последующее закрепление удерживающего звена к стойке обеспечено посредством сварки или пайки или склейки.

7. Фиксатор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что удерживающее звено фиксатора выполнено составным, при этом выступ удерживающего звена установлен в выемку части удерживающего звена, соединенной со стойкой.

8. Способ фиксации с обеспечением возможности автоматического освобождения удерживаемого звена, в котором посредством удерживающего звена, соединенного со стойкой, обеспечивают воздействие на удерживаемое звено, отличающийся тем, что удерживающее звено жестко соединяют со стойкой с обеспечением такой величины воздействия удерживающего звена на удерживаемое, что относительные деформации удерживающего звена находятся в пределах области текучести материала удерживающего звена.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в нем используют фиксатор по любому из пп.1-7.