Вращающееся контактное устройство Советский патент 1984 года по МПК H01R39/28 

11 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл передачи сигналов в системах судовож дения и навигации. Известно вращающееся контактное устройство (ВКУ), содержащее корпус, ротор, расположенное в роторе подвиж ное контактное кольцо, концентричное ему неподвижное контактное кольцо укрепленное внутри корпуса, в ра- диальном зазоре между кольцами установлены упругие контакты, тела качения и сепараторы тел качения Cl 3. Однако в процессе трения упругих контактов о подвижное и неподвижное контактные кольца наблюдается их быстрьгй износ, что приводит к снижению надежности в работе БКУ. К недостаткам также относятся большие габариты по оси ВКУ в случае сборки в пакет контактных пар, образованных упругими контактами. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является вращающееся контактное устройство, содержащее корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводяпше кольца, кондетрично им расположенные не;подвижные токопроводящие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса, в радиальных зазорах между кольцами установлены с радиальнь м натягом упругие токопроводящие кольца и сепа-раторы упругих токопроводящ:нх колец. Упругие токопроводящие кольца снабжены валами, ступицами и эласпгч ными дисками, установленными внутри упругих токопроводящтс колец, а вал жестко закреплены на сепараторе и установлены со свободой вращения относительно ступиц, сепаратор установ лен со свободой вращения относительно оси 23. Известное ВКУ позволяет избежать трения скольжения между контактными кольцами, однако оно не обеспечивает уменьшения габаритных размеров по оси ВКУ при сборке в пакет нескольки контактных пар, содержащих зпругие токопроводящие кольца. Кроме того, оно характеризуется низкой надежностью в работе, обусловленной перекосом сепараторов относительно упругих токопроводящих колец, что приводит к з меньшениго коэффициента перекрытия (отношения площади фактического контакта к площади контакта, полученного при отсутствии этих перекосов). 62 При сборке в пакет неско:.1:ьких . контактных пар с целью обеспечения возможности независимого от ротора и корпуса вращения сепараторов необходимо устанавливать силовые проклад-. ки меящу кольцами (упоры), укреплен1ТЫМИ в пакете пнутри корпуса, и обеспечивать с помощью буртиков, выполненных на поверхности ротора, исключение осевых перемещений сепараторов при сохранении возможности их вращения относительно ротора. .Все в целом не дает возможности повысить надежность работы BRT и уменьшить его габаритные размеры по оси. Цель изобретения - повышение надежностр в. работе и уменьшение габаритных размеров, Лостапленная цель достигается тем, VTO во вращающемся контактном устройстве, содержащем корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводйщие кольца, концентрично им расположенные неподвижные токопроводящие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса, в радиальных зазорах между кольцами установлены с радиальным натягом упругие токопроводящие кольца И сепараторы упругих токопроводящих колец, каждый из сепараторов выполнен в виде набора кареток, каж дая из которых содерясит пару первых роллков и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов, при этом первые ролики контактируют с упругими токопроводящими кольцами, а зторые - с поверхностями подвижшях н неподвижных токопроводящих колец/ диа.с.трь вторых роликов больгае диаметров первых и меньше радиального зазора ;eждy подвижными и неподвижными токопрозодяпщми кольцами. Такая конструкция позволяет разместить в промежутках Между первыми роликами двух смежных кареток упругие тскопроводягцие кольца, не выходя телом сепаратора за их осевой габарит и обеспечивает опирание каждой пары вторых роликов о подвижные и неподвижные кольца и перемещение кареток по дугам окружности с центром на оси BKV, Таким образом обеспечиваются функции сепаратора, состояпще в поддержании упругих токопроводящих колец па заданных расстояниях друг от друга с целью предупреждения их вза ф1ного трения. Наличие пары вторых роликов позволяет исключить трение сепараторов

о поверхности подвижных и неподвижных колец. Благодаря вьтолиению каждого из сепараторов в виде набора кареток исключаются перекосы сепараторов относительно упругих токопроводящих колец (вследствие того., что исключается необходимость центровки сепараторов относительно оси ВКУ), поэтому коэффициент перекрытия контактов в предлагаемом устройстве превьппает коэффициентперекрытия контактов в прототипе ориентировочно на 10-20%, в связи с чем уменьшается переходное сопротивление, улучшается развязка между каналами и упрощается конструкция средств, обеспечивающих развязку. Кроме того, упрощается сборка пакета ввиду исключения необходимости установки силовьпс прокладок между кольцами, (упоры). Последнее качество особенно важно, так как позволяет уменьшить осевой габарит ВКУ без ухудшения развязки между каналами по сравнению с устройством-прототипом.

В устройстве диаметры вторых роликов боцьше диаметров первых, что исключает трение первых роликов о поверхности подвижных и неподвижных колец при обеспечении качения по ним упругих токопроводяпгих колец, в результате чего повьтается надежность в работе ВКУ,

Так как диаметры вторых: роликов меньше радиального зазора между подвижными и неподвижными кольцами, то неравномерность в распределении контактнъпс усилий между упругими токопроводящими кольцами, обусловленная биением контактных поверхностей колец, соединенных с ротором, относительно контактных поверхностей колец, соединенных с корпусом .исключается.

На фиг, 1 показано ВКУ, разрез по оси симметрии; на фиг, 2 - то же, вид в плане; на фиг, 3 - одна из кареток сепаратора, находящаяся в контакте с упругими токопроводящими кольцами; на фиг, 4 - сечение А-А на фиг, 3,

Вращающееся контактное устройство содержит корпус 1, ротор 2, собранны в роторе пакет 3 подвижные токопроводящие кольца 4, концентрично им расположенные неподвижные 5 токопроводящие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса 1, В радиальных зазорах между подвижными 4 и неподвижными 5 кольцами с радиальным натягом

установлены упругие токопроводящие кольца 6 и сепараторы 7 упругих -foKOr проводящих колец, установленные с радиальным зазором 8 по отношению к подвижньм и неподвижным кольцам. Каждый из сепараторов вьтолнен в виде набора кареток 9, каждая из которых содержит пару первых роликов 0 и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов 11. Ролики установлены на трубчатых осях 12 с возможностью свободного вращения, В отверстия трубчатых осей и щек 13 кареток введены заклепки 14, которые после рбразования их замыкающих головок 15 обеспечивают сборку кареток в законченный узел. Первые ролики контактируют с упр.угими токопроводящими кольцами 6, а вторые - с поверхностями подвижных 4 и неподвижных 5 то- копроводЯЕЦих колец.

Диаметры вторых роликов I1 больше диаметров первых роликов 10 и меиьше радиального зазора между подвижныни. 4 и неподвижными 5 кольцами,

Б подвижных кольцах 5 выполнены пазы 16, а сами кольца укреплены в пакете внутри корпуса 1 с помощью стяжных шпилек 17, Токопроводяи(ие упругие кольца 6 введены в зазор между подвижными 4 и неподвижными 5 кольцамк. Между изоляционными прокладками I 8 в пакете подвижных колец 5 корпуса 1 установлены дистанционные втулки 19, высоты а которых больше толщины б неподвижных колец 5, входящих в промежуток по оси ВКУ между соответствующими изоляционными прокладками I8 с возможностью радиальных перемещений неподвижных колец 5. Пазы в неподвижных кольцах 5 выполнены в виде отверстий, диаметры которых больше диаметров дистанционных втулок 19 на величину зазора в. Дистанционные втулки собраны в пакет вместе с изоляционными прокладками 18 с помощью шпилек 17, Одно из отверстий каждого из неподвижных колец выполнено в виде эллипсного паза 20,мет Р1ИЙ диаметр которого равен наружному диаметру дистанционной втулки 19 и сопряжен с этим диаметром по классиой посадке, а больший диаметр больше диаметра дистанционной итулки на ве- лич1гну зазора в и направлен по радиусу неподвижного кольца 5, Благодаря этому исключается тангенциальная составляющая перемещений неподвижных

колец, укрепленных внутри лориусс- 1 ,-, при работе устройства.

Устройство работает следу;о1п;им образом.

При контактировании токопроиодяпхкх упругих колец 6 с подвижгыни 4 и ;:9-подвижньт5.ш 5 токопроБод гщ1-и-пт кольца-ми создаются контактные усили :,; Тлк как усилие контактирования кахудого токопроводяп1его кольпд зависит от его прогиба, отнесенного к его диаметру (при одинаковых прочих физических и геометрических факторах), то больмему значению прогиба токопровояп1;его кольца (позникп ему вследствие 6ие1:;ия контактно поверхности ко.пъца, сор.гч ненногО с ротором,, относитс.гтьпо F;O;Iтактной поверхности кольца. сое;и;;-:Г1: ного с KOiinycoMJ соогветсчллет Prjib-шее значение yciun-iR. возлой;:;т:51:ои.;т о на неподвижное кольд(1, т.е колъцп, соединенное с корпус-.ом, а послгдиоо будет перемещаться в радиалдыюм тглправлении в сторону этого ус-.р,;;ия, Р; результате такого перемещения зазор между подвижным 4 к иеподв;-г;: иы:ч 5 кольцом будет увсличиваться до :аг; пор, пока усилия всех токолрозодяи/чх колец не выравняются между собой с образованием системы с;ит.: равио71;е1 :с:: вующая которой равна пулю, а MBCTWAC зазоры между подвижньв ; т 1ге; одви;:а;ь1-.; кольцами не выравияютсл по одкнаково-го значения. Но тек как од и- :агсоБГ.:м значениям зазора между Эги- и кольт амисоответствуют одииакопые наогкб. ;/:,гругих токопроводяншх колеп б,, то ycvTЛИЯ контактирования выразняются IK постоянной величиии д.гя чсех упругие: колец. Этим обеспеч: :оаегсг; trcK;)очьлионеравномер гости в рлспрстйле.иии ко-н-тактных усилий между кольцами,, o6vc ловленной биeниe сонтактггой 1ю:те1)Х ности колец, соедт-тнпияых с роторе,; относительно контактных (товерхностей колец, соединеплык с кop:(yco,

При ротора 2 ГУРОТИВ чгюо- вой стрелки подвижные кольца 4э соединенные с Hi-TT, такясе будут врата-1,Ы:Я против часовой стрелки, а ролика; болк шего диаметра (вторые ролики 1 ) буду вращаться по часовой стре,пке,, одновременно перекатываясь по вкутрекиек поверхности неподвижтгых ко,ттец ,5 и по наружной поверхности подвил;кызс KOJieri 4 при врап1ении кареток 9 с углозб1Г скоростью равис5Й по.човнтте уг,ло,О) скорости ротора,, я ту же сторону j чт;;

и рстор Ролики меньшего диаметра, т а, первьге ролики 10, находяп1иеся в контакте с упругими ,токонроводяпцим ко,пьцам11 6,, побуждают каретку, с котрой соединены эти ролики, двигаться ло окружности в том же направлении, Б каком двигаются сами упругие токолроводящие, кольца 6, Так как послед1гие Вращаются вокруг своих осей по часовой стрелке и одновременно центр упругих токопроводящих колец двигаются против часовой стрелки со скоростью, в два раза метгьтей скорости врагтения ротора, то этим обеспечивается совладение угловых скоростей врап1ени кареток и упругих токопроводящих ког

Так ;;ак диаметры вторых роликов I С:я1ьл12 диаметров первых роликов I:, :о Е момент соприкосновения вторык ро,П;П,ов 1 1 с контактными новерх;:-:осгями подвижного 4 и неподвижного 5 ко,тец первые ролики 10 не соприка:стся с этими поверхностями и между роли/сами и поверхностями подвижного i еподвиятого колец имеют место зазоры,, Так как первые ролики 10 врашаются вокруг своих осей против часовой стрелки„ находясь одновременно г ттодвижном контакте с упругими токогроводяьчими кольцами 6, которые вра.1отся по часовой стрелке, то при ;;/с,ловии наличия зазоров меящу поверх;,;остями первых роликов 10 и контактiLjiMH поверхностями подвижного 4 и ;;;ег:о,пю;;ного 5 колец трения первых ;;Oiui;njB 10 о эти контактные поверхг;эсти ие происходит, несмотря на их встречное по отношению к ротору 2 :чо::1-цпикк против часовой стрелки) .

Как указано вьппе имеет место бие:-,:уе контак1кых поверхностей колец 4, :оедины-1нь Х с ротором 2, относитель;{о т-сонтакгньп-: поверхностей колец 5, соедрп енных с корпусом , Изобретение тозволяет лишь исключить неравномер(ость в распределении контактных усил гй между кольцами, но оно не ставит ггзред собой задачу исключить указандоя биение так как для этого потре(Ь;залась бы высокая точность изготов,,(,2ння (о,005-0,01 ) и изготовление стало бы практически неосуществи ь;м Указанное биение практически .,:-;галсается в том, что радиальный за::--;р мелщу подвижными и неподвижными jionbuaMH кольцами,, соединет1нъп-{и с iiOTOpOM, и кольцами, сооди}тенными с 71 корпусом) изменяется. Если бы диаметр вторых роликов I1 был бы равен номинальной величине этого зазора, то при контактировании вторых роликов с подвижньми и неподвижными кольцами не обеспечивалась бы гарантированная деформация упругих токопроводящих колец 6 в тех пределах, которые обеспечивают их высокую долговечность и в то же время надежный электрический контакт их с подвижными и неподвижными кoльцa та. В связи с этим диаметр вторых роликов 11 меньше радиального зазора между подвижными А и неподвижными 5 кольцами. Но поскольку это так, то вторые ролики 1t при работе ВКУ не будут постоянно контактировать с под вижным и неподвижным .кольцами и будут вращаться лишь эпизодически. Такое обстоятельство приводит к тому, что каретка 9 имеет некоторую свободу перемепгений в направлении радиусо колец, а поэтому важно, чтобы при этих перемещениях не происходило касания первых роликов 10 о контактные поверхности подвижного 4 и неподвиж ного 5 колец (поскольку направления их вращения встречные). В связи с этим диаметры первьтх роликов 10 мень ше диаметров вторых роликов 11. В известном и предлагаемом устрой ствах в зоне контактирования имеют место процессы схватьгоания, термического окисления и разрушения поверхностей контактирования, что приводит к образованию продуктов изнаии вания в зоне контактирования и, соответственно, к последующему увеличению электрического сопротивления и нарушению электрического контактирования . Однако в предлагаемом устройстве процесс схватьгоания протекает в форме локальных изъятий материала покры тий с поверхности одного контакта с последующим переносом его на поверхность другого контакта и выкрашиванием (осповидный износ). Необходимым условием для развития этого процесса является появление местных пластичес ких деформаций при напряжениях, превосходящих предел упругости материала покрытий. Поскольку деформации в контактных парах предлагаемого устройства возникают при напряжениях, не превосходящих предела упругости, что обеспечивается соотношением 1/70 между толщиной и диаметром кольца пр 668 его относительном сжатии менее 2%, процесса схватывания по материалу контактных колец не происходит. Термического окисления контактов в устройстве не происходит до тех пор, пока они покрыты слоем электропроводящего материала (серебра), а после нарушения этого слоя протекают весьма вяло. . Таким образом, ресурс работы устройства определяется прочностью электропроводящего покрытия (серебра), его адгезт ей к материалу контактных пар качения. Установлено, что прочяость серебряного покрытия контактных пар качения обеспечивает ресурс работы свыше 10 тыс. ч. В связи с этим представляется возможность с помощью предлагаемого устройства обеспечить ресурс работы до 10 тыс. ч. против 600 ч у известных. Продукты осповидного износа, образующиеся при трении качения, практически не нарушают изоляцию контактной пары качения от смеясной с ним аналогичной контактной пары, так как этих продуктов образуется незначительйое количество, а нагрев упругих токопроводящих колец от циклических нагружений в процессе деформирующего качения не превьшает 15-20°С, т.е. значительно ниже температуры струк турных превращений в материале колец, ЧТО практически не изменяет упругие свойства последних при их циклических нагружениях в течение 10 тыс. ч. Кроме того, достаточно низкая степень осповидного износа при качении колец устройства практически не уменьшает их линейных размеров по диаметру, т.е. практически ие снижается усилие контактироваиия их с подвижными и неподвижными контактными кольцами. Исключение неравиомериости в распределении усилий и прогибов между упругими токопроводящими кольцами, вызванной неконцентричностью установки подв1гясных колец относительно неподвижных, обеспечивает, в сравнении с прототипом уменьшение этих усилий и Прогибов ориентировочно на 50%, т.е. до того значения, которое необходимо для обеспечёиия заданного сцепления и переходного сопротивле1шя между токопроводящими кольцами и подвижными и неподвижными контактными кольцами.

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводящие кольца, концентрично им расположенные неподвижные токопроводяп1ие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса, в радиальньтх зазорах между кольцами установлены с радиальными натягом упругие токспроводящие кольца и сепараторы упругих токопроводящих колец, отли 1ающееся тем, что, с целью повьтения его надежности и уменьшения габаритных размеров, каждьй из сепараторов вьтолнен в виде набора кареток, каждая из которых содержит пару первых роликов и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов, при этом первые ролики контактируют с упругими токопроводящими кольцами, вторые - с поверхностями подвижных и неподвижных токопроводя1дих колец, диаметры вторых роликов больше диаметров первых и меньше радиального зазора между КЛ подвижными ТОКОПрОВОДЯЩИМИ КОЛЬ цами. 18 ф(/г. 1