аппарат вращения, работающий в условиях микрогравитации

Формула изобретения

1. Аппарат вращения, работающий в условиях микрогравитации, содержащий кожух, вращающийся вал, установленный внутри указанного кожуха обоими концами в подшипниках так, что он приводится во вращение с помощью двигателя, и множество кронштейнов, проходящих радиально, один из концов каждого из которых установлен на указанном вращающемся валу, при этом на других концах кронштейнов установлено множество коробок, в которые помещены объекты, имеющие определенный вес, отличающийся тем, что он содержит устройство безопасности, расположенное между вращающимся валом и множеством кронштейнов, выполненное с возможностью при внезапной остановке вращающегося вала разъединять вал и множество кронштейнов друг от друга так, что это множество кронштейнов может вращаться независимо от вращающегося вала.

2. Аппарат вращения по п.1, отличающийся тем, что устройство безопасности содержит привод, установленный в каждом из множества кронштейнов, шпильку, установленную на конце штока каждого привода, отверстия во вращающемся валу по числу шпилек и по форме их концов и датчик, определяющий вращение вращающегося вала, выполненный с возможностью подавать сигнал на привод для удлинения штока таким образом, чтобы шпилька на конце штока вошла в отверстие, сформированное на вращающемся валу, обеспечивая вращение множества кронштейнов вместе с вращающимся валом, и для отведения штока и вывода шпильки из отверстия на валу, когда вращающийся вал внезапно остановится.

3. Аппарат вращения по п.1, отличающийся тем, что вращающийся вал разделен на верхний вращающийся вал и нижний вращающийся вал, а устройство безопасности содержит соединительный вал, расположенный между верхним вращающимся валом и нижним вращающимся валом, в каждом из которых установлен привод, на конце штока которого имеется шпилька, в соединительном валу выполнены отверстия по форме конца шпильки и имеется датчик, определяющий вращение вращающегося вала, выполненный с возможностью подавать сигнал на привод для удлинения штока так, чтобы шпилька, установленная на конце штока, вошла в отверстие для шпильки, сформированное на соединительном валу, обеспечивая вращение соединительного вала вместе с вращающимися верхним и нижним валами, и для отведения штока и вывода шпильки из отверстия на соединительном валу, когда вращающийся вал внезапно остановится, разъединяя таким образом шпильку и отверстие для шпильки.

4. Аппарат вращения по п.1, отличающийся тем, что устройство безопасности содержит привод, имеющий шток, конец которого имеет форму полусферы, установленный в каждом из множества кронштейнов, датчик, определяющий вращение вращающегося вала, и примыкающую часть, имеющую выемку полусферической формы, которая взаимно дополняет по форме полусферическую форму конца штока привода, сформированную на вращающемся валу, при этом конец штока привода по сигналу датчика способен перемещаться и входить в указанную примыкающую часть, при этом множество кронштейнов вращается вместе с вращающимся валом, и выходить из примыкающей части, когда вращающийся вал внезапно остановится, обеспечивая разъединение конца штока и вращающегося вала.

5. Аппарат вращения по п.1, отличающийся тем, что устройство безопасности содержит отверстие, сформированное в торце каждого из множества кронштейнов со стороны вращающегося вала, пружину, установленную на дне отверстия, элемент зажима, один конец которого подпружинен пружиной и другой конец выступает за пределы отверстия, и примыкающую часть, имеющую форму выемки, которая взаимно дополняет по форме выступающий конец элемента зажима, сформированную на вращающемся валу так, что выступающий конец элемента зажима, подпружиненный пружиной, способен входить в примыкающую часть вращающегося вала, благодаря чему множество кронштейнов вращается вместе с вращающимся валом и, когда вращающийся вал внезапно остановится, множество кронштейнов вместе с элементом зажима способны продолжить вращение под действием силы инерции, поскольку элемент зажима, преодолевая действие пружины, отсоединится от примыкающей части вращающегося вала, позволяя множеству кронштейнов вращаться независимо от вращающегося вала.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки изобретения

Область техники

Настоящее изобретение относится к аппарату вращения, работающему в условиях микрогравитации, с помощью которого выполняют эксперименты в состоянии микрогравитации в космосе.

Из уровня техники известен аппарат вращения, работающий в условиях микрогравитации и содержащий кожух, вращающийся вал, установленный внутри указанного кожуха обеими концами в подшипниках так, что он приводится во вращение с помощью двигателя, и множество кронштейнов, проходящих радиально, один из концов каждого из которых установлен на указанном вращающемся валу, при этом на других концах кронштейнов установлено множество коробок, в которые помещены объекты, имеющие определенный вес (FR 2257077 А).

Известный аппарат вращения оснащен, кроме того, блоком стабилизации вращения, позволяющим подавлять вибрации на валу вращения, вызванные дисбалансом веса между экспериментальными объектами (в частности, растениями), находящимися в коробках, установленных на кронштейнах.

Однако в процессе вращения такого аппарата, работающего в условиях микрогравитации, в его подшипники могут попадать посторонние материалы, которые могут вызвать внезапную остановку вращения вала. В результате такой внезапной остановки вращающегося вала экспериментальные коробки также останавливаются, и это оказывает ударное воздействие не только на экспериментальные коробки, но также и на экспериментальные объекты, содержащиеся в них. Кроме того, после внезапной остановки возникает сильная вибрация, оказывающая отрицательное воздействие на окружающую среду.

Краткое описание изобретения

В основу изобретения поставлена задача создать аппарат вращения, работающий в условиях микрогравитации, который был бы оснащен средством, позволяющим максимально снизить отрицательные последствия внезапной остановки вращающегося вала.

Поставленная задача решается тем, что аппарат вращения, работающий в условиях микрогравитации, содержащий кожух, вращающийся вал, установленный внутри указанного кожуха обеими концами в подшипниках так, что он приводится во вращение с помощью двигателя, и множество кронштейнов, проходящих радиально, один из концов каждого из которых установлен на указанном вращающемся валу, при этом на других концах кронштейнов установлено множество коробок, в которые помещены объекты, имеющие определенный вес, согласно изобретению содержит устройство безопасности, расположенное между вращающимся валом и множеством кронштейнов, выполненное с возможностью при внезапной остановке вращающегося вала разъединять вал и множество кронштейнов друг от друга так, что это множество кронштейнов может вращаться независимо от вращающегося вала.

В одном предпочтительном варианте выполнения устройство безопасности содержит привод, установленный в каждом из множества кронштейнов, шпильку, установленную на конце штока каждого привода, отверстия во вращающемся валу по числу шпилек и по форме их концов и датчик, определяющий вращение вращающегося вала, выполненный с возможностью подавать сигнал на привод для удлинения штока таким образом, чтобы шпилька на конце штока вошла в отверстие, сформированное на вращающемся валу, обеспечивая вращение множества кронштейнов вместе с вращающимся валом и для отведения штока и вывода шпильки из отверстия на валу, когда вращающийся вал внезапно остановится.

В другом варианте устройство безопасности реализовано путем разделения вращающегося вала на верхний вращающийся вал и нижний вращающийся вал, между которыми расположен соединительный вал, при этом в верхнем и нижнем вращающихся валах установлен привод, на конце штока которого имеется шпилька, в соединительном валу выполнены отверстия по форме конца шпильки и имеется датчик, определяющий вращение вращающегося вала, выполненный с возможностью подавать сигнал на привод для удлинения штока так, чтобы шпилька, установленная на конце штока, вошла в отверстие для шпильки, сформированное на соединительном валу, обеспечивая вращение соединительного вала вместе с вращающимся валом и для отведения штока и вывода шпильки из отверстия на соединительном валу, когда вращающийся вал внезапно остановится, разъединяя, таким образом, шпильку и отверстие для шпильки.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения устройство безопасности содержит привод, имеющий шток, конец которого имеет полусферическую форму, установленный в каждом из множества кронштейнов, датчик, определяющий вращение вращающегося вала, и примыкающую часть, имеющую выемку полусферической формы, которая взаимно дополняет форму конца штока привода, сформированную на вращающемся валу, при этом конец штока привода по сигналу датчика способен перемещаться и входить в указанную примыкающую часть так, что множество кронштейнов вращается вместе с вращающимся валом, и выходить из примыкающей части, когда вращающийся вал внезапно остановится, обеспечивая разъединение конца штока и вращающегося вала.

Также возможно, чтобы устройство безопасности содержало отверстие, сформированное в торце каждого из множества кронштейнов со стороны вращающегося вала, пружину, установленную на дне отверстия, элемент зажима, один конец которого подпружинен пружиной, и другой конец выступает за пределы отверстия, и примыкающую часть, имеющую форму выемки, которая взаимно дополняет по форме выступающий конец элемента зажима, сформированную на вращающемся валу так, что выступающий конец элемента зажима, подпружиненный пружиной, способен входить в примыкающую часть вращающегося вала, благодаря чему множество кронштейнов вращается вместе с вращающимся валом и, когда вращающийся вал внезапно остановится, множество кронштейнов вместе с элементом зажима способны продолжить вращение под действием силы инерции, поскольку элемент зажима отсоединится от примыкающей части вращающегося вала, позволяя множеству кронштейнов вращаться независимо от вращающегося вала.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1(а) изображает устройство безопасности в аппарате вращения, согласно изобретению, вид сбоку;

фиг.1(b) - разрез по линии АА-АА на фиг.1(а);

фиг.2(а) и (b) - виды в разрезе по линии АВ-АВ по фиг.1(а), причем

фиг.2(а) - состояние соединения шпилек и отверстий для шпилек;

фиг.2(b) - разъединенное состояние;

фиг.3 - блок-схему управления приводами;

фиг.4(а) и (b) - другой вариант устройства безопасности в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением; при этом

фиг.4(а) - вид сбоку;

фиг.4(b) - разрез по линии AC-АС на фиг.4(а);

фиг.5 - вид сбоку в разрезе третьего варианта устройства безопасности в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6(а)-(с) - четвертый вариант устройства в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением, при этом

фиг.6(а) - разрез, представляющий состояние соединения устройства безопасности;

фиг.6(b) - разрез по линии AD-AD на фиг.6(а);

фиг.6(с) - поперечный разрез, представляющий разъединенное состояние устройства безопасности;

фиг.7(а)-(с) - пятый вариант устройства безопасности в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением, при этом

фиг.7(а) - поперечный разрез, представляющий соединенное состояние устройства безопасности;

фиг.7(b) - поперечный разрез, представляющий разъединенное состояние устройства безопасности;

фиг.7(с) - разрез по линии АЕ-АЕ, изображенной на фиг.7(а).

Предпочтительные варианты воплощения изобретения

На фиг.1(а) и (b) показано устройство 340 безопасности в соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения, при этом фиг.1(а) изображает вид сбоку, фиг.1(b) изображает вид в разрезе по линии АА-АА, показанной на фиг.1(а). В месте соединения между вращающимся валом 30 и кронштейнами 25, 27 установлено соединительное кольцо 380, на котором кронштейны 25, 27 закреплены, при этом соединительное кольцо 380 и вращающийся вал 30 вращаются независимо друг от друга. В месте вращающегося вала 30, которое соответствует каждому из кронштейнов 25, 27, просверлены четыре отверстия 345 для шпилек так, что они проходят через трубчатую стенку полого вращающегося вала 30. В каждом из кронштейнов 25, 27 напротив отверстий 345 для шпилек установлен привод 341 со штоком 342. На конце штока 342 закреплена основа для шпилек, и четыре шпильки 344 ступают из основы 343 для шпилек.

Диаметр каждой шпильки 344 выполнен несколько меньшим, чем диаметр отверстия 345 для шпильки вращающегося вала 30, и конструкция выполнена таким образом, что четыре шпильки 344 могут входить в четыре отверстия 345 для шпилек. Когда шток 342 удлиняется, шпильки 344 входят в отверстия 345 для шпилек так, что соединяются вместе и, когда шток 342 убирается, шпильки 344 выводятся из отверстий 345 для шпилек. Следует отметить, что, хотя изображены только два кронштейна 25 и 27, в действительности четыре кронштейна (расположенные под углом 90°) соединяются с соединительным кольцом 380, изображенном на чертеже. Фиг.2(а) изображает состояние, когда шпильки 344 и отверстия 345 для шпилек соединены вместе, а фиг.2(b) изображает состояние, когда шпильки 344 и отверстия 345 для шпилек разъединены друг от друга. На фиг.2(а), в случае, когда шток 342 привода 341 удлинен, четыре шпильки 344, установленные на основании 343 для шпилек, входят в четыре отверстия 345 для шпилек вращающегося вала 30, обеспечивая соединение их вместе. В этом случае, если шпильки 344 выполнены из магнитного материала, когда они входят в отверстия 345 для шпилек, они притягивают вращающийся вал 30 так, что кронштейны 25, 27 жестко закрепляются на вращающемся валу 30.

Привод 341 по сигналу датчика (условно не показан) вращения вала 30 отводит шток 342 так, что четыре шпильки 344 через основание 343 для шпилек выводятся из отверстий 345 во вращающемся валу 30. При этом кронштейны 25, 27 с соединительным кольцом 380 и вращающийся вал 30 разъединяются и освобождаются друг от друга. Когда четыре шпильки 344 магнитно притягивают вращающийся вал 30, шток 342 привода 341 должен отводиться с усилием, превышающим эту силу притяжения. Все сказанное в отношении кронштейнов 25, 27 относится также и ко второй паре кронштейнов.

В этом варианте воплощения, как указано выше, перед тем, как вращающийся вал 30 приводится во вращение, шток 342 привода 341 каждого из кронштейнов удлиняется так, что четыре шпильки 344 входят в отверстия 345 для шпилек вращающегося вала 30, соединяя их вместе. В соответствующем случае шпильки 344 кронштейнов притягивают благодаря магнитному полю вращающийся вал 30 так, что соединение между вращающимся валом 30 и кронштейнами может быть дополнительно усилено.

Затем, хотя вращающийся вал 30 приводится во вращение с помощью двигателя и, таким образом, приводит во вращение аппарат вращения, в случае, когда посторонние материалы попадают между вращающимся валом 30 и частями подшипника во время вращения, может случиться, что вращающийся вал 30 внезапно остановится. При такой внезапной остановке вращающегося вала 30 экспериментальные коробки, установленные на концах кронштейнов, также внезапно останавливаются и на кожух передаются удары через кронштейны, вращающийся вал 30, подшипники и двигатель. При этом оказывается отрицательное влияние на окружающую среду.

Если вращающийся вал 30 внезапно остановится, в устройстве 340 безопасности в соответствии с настоящим изобретением кронштейны отсоединяются от вращающегося вала 30, благодаря чему подавляются удары, вызываемые внезапной остановкой.

На фиг.3 изображена блок-схема управления устройством 340 безопасности, в которой на блок 347 привода подаются сигналы от датчика 346, определяющего вращение вращающегося вала 30, и сигналы (S) электрического двигателя, вращающего вал 30. Внезапная остановка вращающегося вала 30 определяется с помощью датчика 346, сигнал которого поступает на блок 347 привода. Блок 347 привода выдает сигнал команды на приводы (1)-(4) четырех кронштейнов так, что шток 342 может быть убран, как показано на фиг.2(b), чтобы таким образом вывести шпильки 344 из отверстий 345 для шпилек вращающегося вала 30 с тем, чтобы вращающийся вал 30 и кронштейны освободились друг от друга.

Кроме того, блок 347 привода непрерывно отслеживает электрический источник двигателя вращения вала 30 по сигналу (S) электрического источника этого двигателя и, если электрический источник двигателя внезапно отключится, мгновенно выполняется такая же функция, как указано выше, и вращающийся вал 30 и кронштейны отсоединяются друг от друга.

В случае, когда вращающийся вал 30 внезапно остановится, как указано выше, устройство 340 безопасности разъединяет вращающийся вал 30 и кронштейны друг от друга, делая их независимыми. После остановки вращающегося вала 30 кронштейны продолжают свободное вращение под действием силы инерции, и при этом предотвращается возникновение ударов, вызванных внезапной остановкой.

На фиг.4(а) и (b) изображен другой вариант устройства 350 безопасности, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, причем фиг.4(а) изображает вид сбоку, и фиг.4(b) изображает вид в разрезе по линии AC-АС, изображенной на фиг.4(а). В настоящем варианте воплощения четыре кронштейна скреплены с промежуточным соединительным валом 349, а вращающийся вал 30 разделен на верхний вращающийся вал 30а и нижний вращающийся вал 30b.

На фиг.4(а) соединительный вал 349 расположен между верхним и нижним вращающимися валами 30а, 30b так, что они могут вращаться независимо друг от друга. В каждом из верхнего и нижнего вращающихся валов 30а, 30b установлен привод 341, содержащий шток 342, основу 343 для шпилек и шпильки 344, а также сформированные в соединительном валу 349 отверстия 348 для шпилек. Структура этой части, по существу, выполнена такой же, как и в варианте воплощения, изображенном на фиг.1 и 2. Четыре шпильки 344 установлены на основе 343 для шпилек, как показано на фиг.4(b). Когда шток 342 удлиняется, шпильки 344 входят в отверстия 348 для шпилек соединительного вала 349 так, что соединительный вал 349 и верхний и нижний вращающиеся валы 30а, 30b надежно соединяются вместе. Следует отметить, что, если шпильки 344 изготовлены из магнитного материала, то когда они входят в отверстие 348 для шпилек, они притягивают соединительный вал 349 и создается более прочное соединение.

На фиг.5 изображено состояние, когда верхний и нижний вращающиеся валы 30а, 30b, установленные в подшипниках 11, 12, внезапно останавливаются, при этом устройство 350 безопасности разъединяет соединение вала 349 с вращающимися верхним и нижним валами 30а, 30b, создавая возможность свободного вращения для соединительного вала 349. Операция по выведению шпилек 344 из отверстий 348 для шпилек выполняется так же, как описано по отношению к фиг.3, и ее описание будет опущено. При этом, когда вращение вращающихся валов 30а, 30b внезапно прекращается, соединительный вал 349, четыре кронштейна и четыре экспериментальных коробки (показаны только коробки 21, 23), на их концах соединенные вместе друг с другом, отсоединяются от вращающихся валов 30а, 30b и продолжают вращение под действием силы инерции, и при этом предотвращается удар, вызываемый внезапной остановкой вала, вызывающей вибрацию кожуха 10.

На фиг.6(а)-(с) изображен еще один вариант устройства безопасности в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением, на котором фиг.6(а) изображает вид в поперечном разрезе, представляющий состояние соединения, фиг.6(b) изображает вид в поперечном разрезе по линии AD-AD по фиг.6(а), и фиг.6(с) изображает вид в поперечном разрезе, представляющий разъединенное состояние.

На фиг.6(а) и (b) привод 352 установлен в каждом из кронштейнов 25, 27 так, что он может выдвигать и убирать шток 353. Конец штока 353 сформирован так, что он имеет форму 353а полусферы. Часть вращающегося вала 30, соответствующая штоку 353, сформирована с примыкающей частью 354, имеющей форму полусферической выемки, кривизна которой несколько больше, чем кривизна формы 353а полусферы конца штока 353, так, что они взаимно дополняют друг друга. При этом шток 353 входит своим концом в примыкающую часть 354 так, что шток 353 или кронштейны 25, 27 и вращающийся вал 30 соединяются вместе под действием силы трения.

Работа привода 352 выполняется так же, как и в вышеописанном варианте воплощения, изображенном на фиг.3. То есть, когда вращающийся вал 30 вращается, шток 353 привода 352 удлиняется так, что полусферическая форма 353а конца штока 353 входит в примыкающую часть 354 вращающегося вала 30. Поскольку четыре кронштейна соединены друг с другом, когда концы стержней 353 входят, таким образом, в выемки вращающегося вала 30, они прижимаются к нему и четыре кронштейна соединяются и вращаются с помощью вращающегося вала 30.

Если вращающийся вал 30 внезапно остановится, привод 352 сработает, выполняя ту же функцию, как описано выше и как показано на фиг.6(с), при этом шток 353 убирается, разъединяя конец штока 353 и примыкающую часть 354 и, таким образом, позволяя четырем кронштейнам вращаться свободно от вращающегося вала 30. Следовательно, кронштейны продолжат вращение под действием силы инерции, и при этом предотвращается возникновение внезапных ударов.

Следует отметить, что, хотя шпилька 344 и шток 353 в описанных вариантах воплощения приведены в качестве примера, в котором они работают с помощью приводов 341, 352, шпилька и шток могут действовать под управлением электромагнитной силы на основе сигнала прекращения вращения или сигнала ускорения от датчика так, что шпилька или шток могут притягиваться для освобождения силы вращения или сила электромагнитного притяжения может отключаться, чтобы, таким образом, вернуть шпильку или шток в соединенное положение.

На фиг.7(а)-(с) представлено еще одно устройство безопасности в аппарате вращения в соответствии с настоящим изобретением, причем фиг.7(а) изображает вид в поперечном разрезе, представляющий соединенное состояние, фиг.7(b) изображает вид в поперечном разрезе, изображающий разъединенное состояние, и фиг.7(с) изображает вид в поперечном разрезе по линии АЕ-АЕ, изображенной на фиг.7(а).

На фиг.7(а) в каждом из кронштейнов в торце со стороны вала 30 сформировано отверстие 356, и пружина 358 установлена в донной части отверстия 356. Пружина 358 одним концом закреплена на дне отверстия 356, а другой ее конец закреплен на элементе 357 зажима. Один конец элемента 357 зажима имеет форму клина, имеющую наклонную поверхность. С другой стороны, вращающийся вал 30 содержит примыкающую часть 359, сформированную в виде выемки, с наклонной поверхностью, которая взаимно дополняет форму клина конца элемента 357 зажима. При этом элемент 357 зажима, подпираемый пружиной 358, входит в примыкающую часть 359, соединяясь с ней. Вращающийся вал 30 вращается в направлении R, как показано на фиг.7(а), так, что он прижимает элемент 357 зажима к плоской поверхности, расположенной напротив наклонной поверхности, передавая, таким образом, усилие вращения на кронштейны, с которыми соединен элемент 357 зажима. Четыре кронштейна соединены вместе соединительным кольцом 380 и, когда элемент 357 зажима соединяется с вращающимся валом 30 в примыкающей части 359, кронштейны вращаются вместе с вращающимся валом 30.

Если вращающийся вал 30 внезапно остановится, кронштейны продолжат вращение под действием силы инерции и, как показано на фиг.7(b), элемент 357 зажима будет вытолкнут с преодолением упругой силы пружины 358 под действием силы скольжения, создаваемой на клиновидной наклонной поверхности. При этом элемент 357 зажима полностью выталкивается из примыкающей части 359 вращающегося вала 30 так, что он освобождается от вращающегося вала 30 и кронштейны продолжат вращение под действием силы инерции. Благодаря этому предотвращается внезапная остановка вращения экспериментальных коробок, исключается возникновение внезапных ударов.

Следует отметить, что в настоящем варианте воплощения пружину 358 выбирают таким образом, чтобы она имела такую малую силу сжатия, какая необходима для направления элемента 357 зажима в примыкающую часть 359 перед вращением, так, чтобы, когда вращающийся вал 30 внезапно остановится, элемент 357 зажима надежно выталкивался обратно, выходя без возврата в исходное запирающее положение, что делает кронштейны по существу вращающимися под действием силы инерции свободно от вращающегося вала 30.

Кроме того, хотя отверстие 356 и элемент 357 зажима сформированы с квадратным прямоугольным сечением, как показано на фиг.7(с), они могут быть сформированы с круглым поперечным сечением, но форма с квадратным поперечным сечением является предпочтительной, поскольку квадратное поперечное сечение не позволяет кронштейну смещаться при вращении.

Кроме того, хотя последний вариант воплощения был описан на примере, в котором элемент 357 зажима входит в примыкающую часть 359 вращающегося вала 30 под действием упругой силы пружины 358, элемент 357 зажима может смещаться с помощью привода, который содержит шток, аналогично вариантам воплощения, представленным на фиг.1-6, так, что когда вращающийся вал внезапно остановится, шток убирают с тем, чтобы освободить кронштейны из зацепления с вращающимся валом 30.