Навигация: => 

МЕХАНИЧЕСКИЙ КОДОВЫЙ ЗАМОК "ТУЗИК"

Яковлев Александр Олегович

- УСТРОЙСТВО ЗАМКА -

Вступление | Графические материалы | Описание работы замка | Движение кодовых колец

  Замок состоит из запорного механизма и кодовой системы, расположенных в корпусе 1 (см. фиг. 1), и засовного стержня 4.  Корпус выполнен в виде толстостенного цилиндра с дном, в центре которого проделано круглое отверстие, диаметром соответствующее диаметру засовного стержня 4. Сверху цилиндр закрыт глухой впрессованной крышкой 2 (см. фиг. 4), которая в своём центре так же имеет глухое отверстие, соответствующее диаметру засовного стержня. Изнутри вокруг отверстия крышка 2 имеет выступающий кольцевой буртик 3.

  Засовный стержень 4 (см. фиг. 1) с головкой 5 имеет на своём свободном конце, в части,  которой он входит в корпус 1 замка, продольную полукруглую канавку 6, а так же радиальную месяцеобразную проточку 7, начинающуюся на оси продольной канавки 6, идущую против часовой стрелки, если смотреть со стороны свободного конца засовного стержня 4,  и заканчивающуюся на диаметрально противоположной стороне засовного стержня 4. В центральной своей части она имеет глубину D (см. расчёт запорного кольца).

  Запорный механизм состоит из запорного кольца 8 (см. фиг. 4), шайбы обвязки  9 с толкателями 10, 11, 12 (см. фиг. 5) и фиксатора запора 13 с пружиной фиксатора 14.

  Запорное кольцо 8 имеет смещённое относительно центра кольца (параметры смещения см. в расчёте запорного кольца) круглое отверстие, диаметром, соответствующим диаметру засовного стержня, и выступающий внутрь полукруглый зуб 15. Наружная часть запорного кольца 8 имеет криволинейный контур, расчёт которого описан ниже. Запорное кольцо 8 на своей наружной поверхности в секторе не более 90⁰ от полукруглого зуба 15 по часовой стрелке при взгляде со стороны крышки корпуса 2 имеет выемку 16, соответствующую по форме фиксатору запора 13 (о нём см. ниже), а так же начинающуюся от неё проточку 17, соответствующую по ширине фиксатору запора 13, идущую в направлении зуба 15 и симметричную относительно этого зуба, являющуюся для фиксатора запора 13 опорной поверхностью.

  Запорное кольцо 8 может быть сборным и состоять из двух штампованных колец с различным внешним профилем, и соединённых впоследствии в единое целое.

  Запорное кольцо 8 имеет плоские полированные торцевые поверхности. Оно обжато, с одного торца дном корпуса 1 (см. фиг. 4), а с другой – буртиком 3 крышки корпуса 2, находясь с обоими в полном круговом контакте при любом угле поворота.

  Запорное кольцо 8 помещено между тремя толкателями 10, 11, 12 (см. фиг. 5) и находится со всеми тремя в контакте. Толкатели 10, 11, 12 представляют собой лепестки фигурной шайбы обвязки  9 (см. фиг. 4), загнутые под прямым углом к её плоскости и направленные к дну корпуса 1 замка. Расположены толкатели изнутри окружности ÆD_m (см. расчёт запорного кольца и фиг. 8) через угол a₁ (величина угла дана в описании расчёта запорного кольца) в обе стороны относительно толкателя 11. В дне корпуса 1 имеется кольцевая выборка 18 (см. фиг. 4) ÆD_m, в которую толкатели своими концами радиально упираются. В шайбе обвязки  9 имеется круглое отверстие, которым она посажена на кольцевой буртик 3 крышки корпуса 2 с возможностью вращения.

  В закрытом состоянии запорное кольцо 8 зафиксировано фиксатором запора 13, имеющим ширину не более половины ширины запорного кольца 8, и высоту, соответствующую высоте сканера 25 (см. ниже в описании кодового механизма и на фиг. 4, 5). Фиксатор запора 13 жёстко закреплён на конце прямоугольной ленточной пружины фиксатора 14 (см. фиг. 5), противоположный конец которой жёстко закреплён на толкателе 10.

   Расчёт внешнего контура запорного кольца 8. Все три толкателя 10, 11, 12 (см. фиг. 7) находятся в постоянном контакте с запорным кольцом 8 при любом его угле поворота. При этом ось его полукруглого зуба 15 сцепления с засовным стержнем 4 (см. фиг. 1) неподвижна относительно засовного стержня 4. Точка Q (см. фиг. 8), в которой эта ось пересекает перпендикулярную ей плоскость запорного кольца 8, принимается за начало координат с осью Y, направленной вверх, и осью Х, направленной влево. Запорное кольцо 8 в этой системе координат принимается неподвижным, а шайба обвязки 9 (на фиг. 8 она не показана) с толкателями 10, 11, 12 – подвижной, причём в двух степенях свободы. Во-первых, она имеет возможность вращения вокруг своего центра Q_о, а во-вторых, сам центр Q_о имеет возможность перемещения по дуге окружности радиусом r₂ из центра Q. Это перемещение ограничено по оси Х величиной D. Величина D - это расстояние между центром Q_о шайбы обвязки и центром Q_з внутреннего отверстия запорного кольца 8 при закрытом состоянии замка. При открытом замке центры Q_о и Q_з совпадают. r₂ – радиус внутреннего отверстия запорного кольца 8.

  Ось Y является осью симметрии внешнего контура запорного кольца 8. Внутреннее же отверстие запорного кольца 8 смещено. Его центр Q_з смещён на величину D/2 в направлении оси X и по дуге окружности радиусом r₂ из центра Q.

  Максимальный внешний диаметр D_m, за который не должно выходить запорное кольцо 8, радиус окружности r₁, на которой находятся контактные точки толкателей 10, 11, 12 и D связаны между собой соотношением:

  Цель – расчёт контура, являющегося множеством точек конца вектора r(t).

  Верхняя точка этого контура Т₀ определяется начальным углом a₀ (см. положение толкателя 10). Внешний контур запорного кольца 8 в секторе угла a₀  представляет собой дугу окружности радиусом r₁ из центра Q_о.

  Угол a_m задаёт конечную точку Т_m рассчитываемой траектории.

  Вектор r высчитывается как функция от параметра t. Параметр t принимает значения от 0, что соответствует начальной точке траектории Т₀, до 1, что соответствует конечной точке траектории Т_m. Высчитывается вектор r(t) из треугольника со сторонами r₁, r₂, r(t). В начальной точке траектории T₀ это треугольник QT₀Q_о, а в конечной точке траектории T_m – треугольник QT_mQ_з.

  Длина вектора r(t) рассчитывается по теореме косинусов:

  , где  - текущий угол поворота шайбы обвязки с толкателями 10, 11, 12 вокруг запорного кольца 8.

  Угол наклона вектора r(t) относительно оси Х:

   , где  ,  , где:

    (исходя из:   ),

  После подстановок, окончательно получаем параметрическую систему уравнений, описывающую вектор r(t) в полярных координатах:   

  где: ;

  r₁ - радиус окружности, на которой находятся контактные точки толкателей 10, 11, 12

    r₂ - радиус внутреннего отверстия запорного кольца 8.

  D - расстояние между центром шайбы обвязки Q_о и центром отверстия запорного кольца Q_з при закрытом состоянии замка.

  a₀ - начальный угол, определяющий начальную точку Т₀ рассчитываемого контура.

  a_m - конечный угол, определяющий конечную точку Т_m рассчитываемого контура.

  Искомые координаты точек в декартовой системе координат:

    ;    

  Нижний контур рассчитывается аналогично. Вектор r(t) теперь направлен к нижнему по рисунку толкателю 11, отстоящему от верхнего толкателя 10 на угол    

  Вместо углов a₀ и a_m ставятся углы:

  ;          

  На стыке между верхним и нижним контурами имеется перепад уровней. Этот перепад образует ступеньку, являющуюся концевым упором для толкателя 11

  Кодовый механизм состоит из двух кодовых колец 19 и 20 (см. фиг. 4, 6), кольца позиционирования 21, противощелчкового кольца 22, сбросового кольца 23, сканера 25 (см. фиг. 4, 5) с пружиной сканера 26 и зацепов пружины сканера 27 (см. фиг. 5) и поджимных пружин 28 и 29 (см. фиг. 6).

  Кодовые кольца 19 и 20 на поверхностях своих круглых внутренних отверстий имеют кодовые вырезы (см. ниже в конструкции колец), и имеют скользящую посадку в корпусе 1. На своих внешних поверхностях кодовые кольца 19 и 20 имеют вырезы 30. Их глубина соответствует толщине и формовке поджимной пружины 28 (см. ниже). Длина выреза 30 на кодовом кольце 19 превышает (как пример) длину поджимной пружины 28 на 6 подсекторов (о подсекторах см. ниже в конструкции колец), а на кодовом кольце 20 – соответствует ей.

  Поджимная пружина 28, размещённая в вырезах 30 кодовых колец 19 и 20, по ширине соответствует суммарной толщине кодовых колец 19 и 20. По длине своей средней линии поджимная пружина 28 имеет две прорези от краёв к центру. В результате этого на ней образованы четыре лепестка, соединённые посредине перемычкой, и пружина имеет Н-образную форму. Лепестки загнуты в сторону корпуса 1 и радиально подпружинивают кодовые кольца 19 и 20 каждое в отдельности. К кодовому кольцу 20 поджимная пружина 28 крепится жёстко в своей центральной части.

  Кольцо позиционирования 21 плотно посажено в корпус 1. На внутренней поверхности своего отверстия оно имеет вырезы (об их форме см. ниже в конструкции колец) по числу точек позиционирования.

  Притивощелчковое кольцо 22 имеет внутреннее отверстие меньшего диаметра, чем кольцо позиционирования 21 и вырезы на внутренней поверхности (см. в конструкции колец), по числу вырезов  кольца позиционирования. Противощелчковое кольцо 22 имеет скользящую посадку в корпусе 1 и радиально подпружинено поджимной пружиной 29. Прорезь 31 под эту пружину на внешней поверхности противощелчкового кольца 22 длиннее поджимной пружины 29 на один подсектор (о подсекторах см. ниже в конструкции колец). Поджимная пружина 29 жёстко зафиксирована в прорези кольца позиционирования 21 на его внешней поверхности.

  Сбросовое кольцо 23 (см. фиг. 5) на поверхности своего внутреннего отверстия имеет вырез под толкатель 11, благодаря чему жёстко фиксируется относительно него. Сбросовое кольцо 23 может иметь вырезы и под другие толкатели. Относительно корпуса оно имеет скользящую посадку, изготовлено из тонкого пружинящего листового металла и на торцевой поверхности имеет просечку, образующую пружинящий лепесток 24 (см. фиг. 6), имеющий возможность вхождения в вырез для зацепления 32 на торцевой поверхности кодового кольца 20.

  Сканер 25 (см. фиг. 4) располагается параллельно осям колец кодового механизма. Его длина такова, что он перекрывает кодовые кольца 19 и 20, противощелчковое кольцо 22 и кольцо позиционирования 21. (О параметрах его сечения см. ниже в конструкции колец.) Сканер жёстко закреплён в центре ленточной пружины сканера 26 (см. фиг. 5), утолщённой в центре, как рессора, имеющей на внутренней поверхности на своих концах зацепы 27. В открытом состоянии замка пружина сканера 26 максимально ослаблена и расположена по диаметру D_m (см. расчёт запорного кольца и фиг. 8). При этом она охватывает сектор, в который попадают толкатели 10 и 12, и находится в контакте с ними своими зацепами 27 (см. фиг. 5).

  На внутренней поверхности отверстия дна корпуса 1 может быть предусмотрена канавка для размещения в ней уплотнительного кольца 33 (см. фиг. 4).

  Как вариант исполнения, сбросовое кольцо 23 (см. фиг. 6) может иметь два пружинящих лепестка 24, направленных в одном направлении, но отогнутых в разные стороны. При этом сбросовое кольцо 23 располагается между кодовыми кольцами 19 и 20, имеющими каждое по вырезу для зацепления 32 на торцах, направленных к сбросовому кольцу 23. Поджимная пружина 28 при этом отсутствует, и кодовые кольца 19 и 20 имеют по своей поджимной пружине каждое. Кодировка первого разряда кодовых колец 19 и 20 в этом случае может отличаться от описанной ниже.

  Как вариант исполнения, замок может не иметь сбросового кольца 23, а иметь сбросовую пружину, один конец которой крепится к толкателю 10, 11 или 12, а второй имеет П-образную хвостовую часть, которой она охватывает одновременно оба кодовых кольца 19 и 20 по их внутренним боковым срезанным граням с оставленными выступами для зацепления, и подпружинивается к кодовым кольцам 19 и 20 радиально.

  Как вариант исполнения, замок может не иметь специального сбросового устройства вообще. Кодовые кольца 19 и 20 при этом должны иметь по одному радиально выступающему внутрь длинному зубу, выходящему за уровень (внутренний диаметр) противощелчкового кольца 22. Однако, количество возможных кодовых комбинаций в этом случае значительно снижается.

  Как вариант исполнения, кодовые кольца 19 и 20 и противощелчковое кольцо 22 могут не иметь поджимных пружин, если они сами выполнены пружинящими и деформированы перед сборкой в эллипсоидальные.

  Как вариант исполнения, пружина сканера 26 может иметь не переменную толщину, а переменную ширину с сужением на концах.

  Конструкция колец. Все кольца, кроме сбросового 23, разделены на равные сектора в соответствии с количеством точек позиционирования (например, 15 или 18, исходя из соображений удобства пользования и технологичности изготовления), каждый из которых, в свою очередь, делится ещё на четыре равных подсектора. Теоретически их число может быть и другим. Но три – не достаточно для обеспечения высокой секретности, а пять – избыточно. Для удобства рассмотрения, кольца лучше представить в линейной развёртки, см. фиг. 9. (Вид на кольца со стороны корпуса 1 (см. фиг. 1), имеющей отверстие под засовный стержень 4.)

  Кодовые кольца 19 и 20 имеют кодовые вырезы 34, длина которых соответствует одному или нескольким подсекторам. Кроме этого, каждое кодовое кольцо имеет по одному глубокому вырезу 35, занимающему один подсектор. Его глубина больше, чем глубина кодовых вырезов 34.

  Кольцо позиционирования 21 имеет трапециидальные (трапеция равнобедренная) вырезы 36. Эти вырезы таковы, что на уровне (диаметре), соответствующем исходному уровню 37 (внутреннему диаметру) кодовых колец 19 и 20, его тангенциальный размер соответствует двум подсекторам. Дно вырезов находится на уровне 38 глубоких вырезов 35 кодовых колец 19 и 20. Между трапециидальными вырезами получаются, соответственно, трапециидальные выступы. Их тупые верхние углы имеют скруглённые фаски, а высота составляет четыре – пять глубин кодовых вырезов 34.

  Противощелчковое кольцо 22 так же имеет трапециидальные (равнобедренная трапеция с теми же углами) вырезы 39, но протяжённость их дна составляет три подсектора, и уровень дна находится на исходном уровне 37 кодовых колец 19 и 20. Посередине дна трапециидального выреза 39 имеется вырез шириной в один подсектор до уровня 38 глубоких вырезов 35 кодовых колец 19 и 20. Трапециидальные выступы, образованные между трапециидальными вырезами 39, в основании занимают один подсектор. Они так же, как и у кольца позиционирования 21, имеют скруглённые фаски, но их верхний уровень 40 выше верхнего уровня 41 трапециидальных выступов кольца позиционирования 21.

  Сканер 25 в разрезах в плоскости кольца позиционирования 21 и противощелчкового кольца 22 имеет трапециидальную форму со скруглёнными фасками тупых углов, и его высота соответствует разности уровня 38 глубоких вырезов кодовых колец 19 и 20 и верхнего уровня 40 противощелчкового кольца 22. Углы наклона сторон сканера 25 соответствуют углам наклона трапециидальных вырезов 36 и 37. В сечении в плоскости кодовых колец 19 и 20 сканер имеет прямоугольную форму. Ширина его, как и ширина по малому основанию трапеции в других разрезах без учёта фасок - меньше ширины одного подсектора.

  Кодовые вырезы 34 на кодовых кольцах 19 и 20 для первого разряда кода замка расположены относительно сектора, находящегося правее сканера и отстоящего от исходного сектора, в котором находится сканер, на количество секторов, соответствующее значению первого разряда кода. Например, если значение первого разряда кода равно пяти, то сектор, относительно которого располагаются кодовые вырезы, отстоит от сканера на пять секторов. (см. цифру "1", обозначающую номер разряда, вверху фиг. 9. Рядом с ней в скобках указано значение разряда кода "5".) Кодовые вырезы 34 для второго разряда кода сделаны в секторе, находящемся левее сектора первого разряда (см. цифру "2" вверху фиг. 9), и т. д. При этом надо учитывать, что понятия "правее" и "левее" употреблены для развёртки неразрезанных колец, то есть, указываемые положения могут находиться на кодовых кольцах 19 и 20, в принципе, где угодно.

  Кодовые вырезы 34 относительно секторов, соответствующих разрядам кода (кодировка разряда), выполнены в соответствии с таблицей кодировки разрядов (см. фиг. 10) в графе "Кодировка разряда". Размещение относительно одного и того же сектора кодировок более одного разряда невозможно.

  Относительно секторов, которые не заняты под кодировку разрядов кода (см. фиг. 9), сделаны кодовые вырезы 34 для защиты разрядов кода от неправильного набора (см. фиг. 10, в графе "Кодировка защиты разряда").

  В шестом разряде закодированы глубокие прорези, и защита разряда отсутствует.

  Таблица кодировки разрядов кодовых колец является универсальной. В каких бы местах и в какой бы последовательности не располагались разряды на кодовых кольцах, кодовые вырезы должны делаться в соответствии с этой таблицей. Получена эта таблица методом процессорного моделирования.

  Для первого разряда желательна постановка двойной защиты, то есть, для защиты от неправильного набора сделаны кодовые вырезы защиты разряда относительно двух разных секторов.

  Не все кодовые комбинации могут иметь место в данной кодовой системе. Об одном ограничении уже говорилось: в одном и том же секторе не могут быть размещены разные разряды кода. Следовательно, например, не могут употребляться кодовые комбинации, содержащие две одинаковые цифры подряд, например "22".

  Недопустимы так же последовательности, приводящие к сбросу кода, например код, начинающийся как "46", поскольку в этом случае второй разряд находится за точкой сброса кода. Тем не менее, кодировка разрядов в секторах, соответствующих коду "46" допустима, только означать она будет, например, код "41В1" (В=11) в случае, если деление колец кодового механизма произведено на пятнадцать секторов. То есть, в коде наличествуют четыре разряда, хотя закодированы только два. Имеет место удлинённый код.

  Такие случаи не исключение, а правило. Практически половина допустимых кодов – удлинённые. Количество набираемых разрядов, необходимых для открывания замка при закодированных шести разрядах, может достигать двенадцати.

  При наличии шести закодированных разрядов кода, промежуток между глубокими вырезами 35 на кодовых кольцах 19 и 20 в исходном их состоянии, т. е. после сброса, равен четырём подсекторам. Но ничто не запрещает сделать его, например, в десять подсекторов. Таким образом, можно получать кодовые комбинации очень высокой сложности. В данном описании этот вопрос не рассматривается.

  Количество кодовых комбинаций можно так же увеличить, применив, например, зеркальную сборку механизма замка, или поменяв направление сброса.

НАПИСАТЬ ПИСЬМО АВТОРУ ПУБЛИКАЦИИ

Назад