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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл передачи сигналов в системах судовождения и навигации.

Известно вращающееся контактное устройство (ВКУ), содержащее собранные в пакеты ротора и корпуса соответственно подвижные кольца, соединенные с ротором ВКУ, неподвижные кольца, соединенные с ВКУ, образуюпш контактные пары, наборы тел качения и упругих токопроводящих колец, установленных в кольцевом зазоре, образованном между контактными поверхностями подвижных и неподвижных контактных колец, проводники, соединенные с кольцами своими первыми концами, вторые концы которых закреплены на роторе и кожухе соответственно

Подвижные и неподвижные кольца в этом устройстве укреплены на роторе и кожухе жестко, с помощью изолирующих прокладок, тела качения (ролики) расположены соосно с упругими токопроводящими кольцами, при этом пространство между парой, содержащей ролик и упругое токопроводящее кольцо, заполнено резиной, что необходимо для упругой фиксации упругих токопроводящих колец относительно роликов, при этом ролики установлены на осях, жестко соединенных с разделительными кольцами (сепараторами), установленными в промежутках по оси ВКУ, между подвижными и неподвижными кольцами каждой контактной пары ГП.

Недостатками этого устройства являются низкая технологичность сборки, низкая надежность работы, вызванная биением колец ротора относительно колец кожуха, что создает дополнительные деформации упругих токопроводящих колец или уменьшает усилие контактирования между упругими токопроводящими, а также между подвижными и неподвижными кольцами. Первое увеличивает износ упругих колец и повышает вероятность их поломки в процессе работы ВКУ, второе - уменйает надежность контактирования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ВКУ, содержащее набор контактных модулей, каждый из которых состоит из подвижного кольца, соединенного с ротором, неподвижного кольца, свободно установленного в кожухе и ограниченного от проворачивания в нем,

набора Тел качения, установленных в сепараторном кольце с возможностью свободного вращения, упругих токопроводящих колец, установленных в кольцевом зазоре между подвижным и неподвижным кольцами, проводники, одни концы которых соединены с кольцами, а другие закреплены на роторе и кожухе . При этом подвижные кольца укреплены в роторе с помощью .втулок, неподвижные кольца укреплены в пакете корпуса с помощью установочных изоляционных прокладок, в которых выполнены отверстия для прохода стяжных шпилек.

Между установочными изоляционными прокладками установлены собранные с ними в пакет и входящие в пазы неподвижных колец с зазором дистанционные втулки, высоты которых больше толщин неподвижных колец, входящих в промежуток между соответствующими изоляционными прокладками, с возможностью осевых и радиальных перемещений неподвижных колец относительно кожуха, а кольцевой зазор для тел качения образован двумя встречно направленными канавками, выполненными в подвижном и неподвижном кольцах.

известном ВКУ взаимная непараллельность контактных пар между собою, неизбежная при сборке, не создает перекосов между подвижным и неподвижным кольцами в каждом контактном модуле при его сборке, так как каждый контактный модуль представляет собой замкнутый силовой контур, трудно поддающийся деформациям при приложении монтажных усилий, которые благодаря наличию указанных модулей сведены к минимуму.

Каждая контактная пара устанавливается в пакет независимо от смежной с ним контактной пары. Компенсация осевой игры тел качения обеспечивается за счет перемещений неподвижны колец в зазорах между установочными прокладками в направлении оси ВКУ при вращении подвижных колец. При вращении подвижного кольца, зафиксированного с допустимым перекосом относительно оси ВКУ, или несовпадении плоскостей колец, биение рабочей поверхности подвижного кольц относительно рабочей поверхности неподвижного кольца наблюдается в узких пределах, определяемых зазором мезвду телами качения и краями колец каждого контактного модуля. Поэтому усилие, воздейств тощее на тела качения в направлении осей их вращения, не приводит к смещению упругих токопроводящих колец в осевых направлениях . Радиальные биения подвижных колец, благодаря наличию дистанционных втулок, повторяются неподвиж ными кольцами, но они же и компенсируются ими за счет возможности перемещения их в направлениях, перпендикулярных оси ВКУ в промежутках между изоляционными проктндками. Этим обес печивается повышение надежности работы за счет уменьшения биения колец ротора относительно колец кожуха (корпуса), а поэтому уменьшается износ упругих колец и повышается надеж ность контактирования С21, Однако при сборке колец в пакеты ротора и статора приходится затрачивать много времени на подгонку их по высоте пакета с помощью установочных изоляционных прокладок и дистанционных втулок, а также затрачивать дополнительное время на продевание стяжных шпилек в отверстия неподвижных колец и проведения проводников, присоединенных к неподвижным кольцам, через отверстия в кожу хе. Это связано с тем, что после подгонки должны сохраняться частичная радиальная и осевая подвижность неподвижных колец относительно статора, что вызвано необходимостью повышения одинаковой свободы установки неподвижных колец относительно кожуха. Если бы свобода установки н JПpдвижньтx колец была неодинаковой, в случае увеличения числа модулей до 30-40 возникла бы опасность заклинивания неподвижных колец относительно окружающих его со всех сторон изоляционных прокладок и дистанционных втулок. Это вын:/ждает весьма тщательно относиться к процессу сборки ВКУ такой конструкции, а потому увеличивает время на сбор ку и ухудшает технологичность. Целью изобретения является улучшение технологичности сборки ВКУ при обеспечении одинаковой свободы установки неподвижных колец относительно кожуха. Поставленная цель достигается те что во вращающееся контактное устройство, содержащее набор контактных модулей, каждый из которых состоит из подвижного кольца, соединенного с ротором, неподвижного кольца, свободно установленного в кожухе и ограниченного от проворачивания в нем, набора тел качения, установленных в сепараторном кольце с возможностью свободного вращения, упругих токопроводящих колец, установленных в кольцевом зазоре между подвижным и неподвижным кольцами, проводники, одни концы которых соединены с кольцами, а другие закреплены на роторе и кожухе, введены съемная планка, параллельная оси устройства и укрепленная на внутренней поверхности кожуха, изолирующие элементы в форме колпачка, укрепленные в местах соединения проводников с неподвижными кольцами, в каждом изолирующем элементе выполнены горизонтальный дугообразный паз, в котором зафиксировано неподвижное кольцо, горизонтальные радиальньш и тангенциальный пазы, в которые входит проводник, и вертикальный наружный паз в верщине колпачка, в который входит съемная планка, при этом ширина вертикального наружного паза больше толщины планки на величину - , где е - биение ротора относительно кожуха; К - глубина паза; i - расстояние от оси устройства до торца планки, а торец планки установлен по отношению к торцу паза с зазором, значение которого равно е . При этом проводник между местами соединения его с неподвижным кольцом и точкой крепления к кожуху образует петлю, а кожух выполнен в виде фланца и цилиндрической оболочки, которая состоит из двух половин, соединенных между собой по плоскости, проходящей .через ось устройства. На фиг. 1 изображено вращающееся контактное устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - траектории движения подвижных и неподвижных колец в процессе работы ВКУ; на фиг. 4 узел 1 на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Б-В на фиг. 4. ВКУ содержит набор контактных модулей 1. Каждый из модулей состоит из подвижного кольца 2, соединенного с ротором 3 ВКУ, неподвижного кольца 4, свободно установленного в кожухе 5. Неподвижное кольцо ограничено от проворачивания в кожухе с Помощью съемной планки 6, параллель ной оси ВКУ. Эта планка укреплена на внутренней поверхности кожуха с помощью винтов 7, с помощью этих винтов осуществляется также соединение частей кожуха между собой. Набор тел 8 качения установлен с возможностью свободного вращения в сепараторном кольце 9, состоящем из двух половин, соединенных с помощью стоек 10. -Упругие токопроводящие кольца 11 установлены в кольцевом зазоре между подвижным и неподвижным кольцами. Проводники 12 соединены с кольцами своими первыми концами. Вторые концы этих проводни ков закреплены на роторе и кожухе соответственно и выведены за их пре делы. Изолирующие элементы 13 в фор ме колпачков укреплены в местах соединения проводников 12 с неподвижными кольцами 4. В каждом изолирующем элементе 13 выполнен горизонтальный дугообразный паз 14. В этом пазу зафиксировано неподвижное коль цо 4. Радиальный 15 и тангенциальны 16 пазы в изолирующем элементе 13 ра положены горизонтально. В них входит конец 17 проводника 12. В изолирующем элементе 13 выполнен вертикальны наружный паз 18, который расположен в вершине колпачка. В этот паз 18 входит съемная планка 6. Ширина вертикального паза 18 больше толщины планки 6 на величину f , где « - би ение ротора 3 относительно кожуха 5; Ь- глубина паза 18; Q- расстояние от оси ВКУ до торца планки 6. Торец планки 6 установлен по отношению к торцу паза 18 с зазором, значение которого равно значению & или биению ротора относительно кожуха. Проводник 12 меяду местом соединения ег с неподвижным кольцом 4 и точкой крепления 19 его к кожуху 5 образует петлю 20. Кожух состоит из фланца 21, шарикоподшипников 22, установденных в его ци.пиндрической расточjce 23, и цилиндрической оболочки 24 в составе двух половин, соединенных между собой по плоскости, проходящей через ось ВКУ, с помощью винтов 7. Внутренние обоймы шарикоподшипников укреплены на цилиндрической поверхности ротора 3 В роторе 3 укреплены концы 25 проводников 12, концы которых соединены с подвижньми кольцами 2. На роторе 3 установлены дистанционные втулки 26, выполнены пазы 27, кольцевой бурт 28 и установлена гайка 29. Сборка устройства производится следующим образом. Подшипники 22 устанавливают в расточку 23 фланца кожуха 5 фиксируя их с помощью стопорных колец (не показаны). Совместно с подшипником в цилиндрическую расточку 23 устанавливают ротор 3. Затем на поверхность ротора 3 одевают дистанционную втулку 26 до упора ее в кольцевой бурт 28. Вслед за дистанционной втулкой на ротор надевают контактный модуль 1, вьгеодя проводник 25 этого контактного модуля в соответствующий паз 27 ротора. Чередуя дистанционные втулки 26 с модулями 1 набирают таким образом пакет в роторе, который затягивают с помощью гайки 29. Высота дистанционньпс втулок выбирается таким образом, чтобы зазор между смежными модулями в пакете был бы безопасньм от пробоя. До укладки модулей в пакет на места крепления проводников 12 к неподвижным кольцам одевают изолируювижньгм кольцам одевают изолирующие элементы 13 в форме колпачков, производят укладку проводников 12 в тангенциальный паз 16. Таким образом, проводники занимают горизонтальное положение, не препятствующее монтажу модуля в пакет. Другие конпы проводников укрепляют на фланце 21 в точках 19 крепления с помощью хомутов и винтов (не показаны). Затем участки проводников, расположенные между точками их крепления к неподвижным кольцам 4 и фланцу 21, укладывают по винтообразной линии. Эту укладку производят при одновременной регулировке стецени слабины проводников при условии совпадения верти сальных пазов 18 в одну линию, napasfлельную оси ротора и ВКУ. При таком положении.пазов 18 неподвижные кольца 4 свободно перемещают на угол 01, определяемый из условия (рад.), где ё - допускаемые биения подвижных колец относительно кожуxai С - расстояние от оси ВКУ до торца паза 18. Затем устанавливают планку 6 в вертикальные пазы 18 паке7. 1 та в сборе и устанавливают кожух 5 из двух половин 24, скрепляя их винтами 7. Устройство работает следующим об разом, При вращении ротора 3 происходит радиальное биение подвижных колец 2 относительно кожуха 5. Это биение передается упругими токопроводя щими кольцами 11 неподвижному кольцу 4. При этом дополнительной деформации упругих токопроводящих колец 11, обусловленной указанным биением, не происходит, что обеспечивает надежную работу каждого контактного модуля. Благодаря наличию тел 8 качения, опирающихся о неподвижные 4 и подвижные 2 кольца, а также стоек 10, происходит фиксация в осевом направлении неподвижного кольца 4 относительно подвижного кольца 2 и каждого модуля при одновременном обеспечении вращения подви ного кольца 2 относительно неподвиж ного 4 кольца. Это вращение сопрово дается перекатыванием тел 8 качения между поверхностями сепараторного кольца 9 и поверхностями подвижного и неподвижного колец. В процессе передачи радиального биения от подвижных колец неподвижным кольцам тела 8 качения смещаются в радиальн направлении, обеспечивая тем самым свободу перемещения неподвижного кольца относительно сепараторного кольца 9 для каждого модуля. В ходе этого процесса неподвижные кольца 4 качаются относительно планки 6, фиксирующей их от проворачивания в кожухе 5. Угол oi. их качения равен -, где U - боковой зазор между планкой 6 и пазом 18; -h - высота па за 18. Увеличивая или уменьшая зазор Д изменяют угол о, . Так как уго oL нерационально устанавливать больш чем угол, на который совершается св бодное перемещение неподвижных коле после сборки в пакет, то из этого условия вытекает, что планку необхо димо выбирать с таким размером, что бы указанный зазор Л будучи деленны на высоту паза (h) равен углу свобо ного перемещения подвижных колец после их монтажа в пакет, т.е. т л, (фиг.4). f- . Откуда н Введение планки и изолирующих элементов в форме колпачков позвол зафиксировать от проворачивания в 5 кожухе неподвижные кольца при фиксации подвижных колец, стянутых в пакете ротора, без необходимости ограничения перемещений неподвижных колец вдоль оси ВКУ и по радиусу его вращения с помощью втулок и изолирующих прокладок, как в известном устройстве . Введение изолирующих элементов в форме колпачков, укрепленных в местах соединения, позволяет изолировать кольцо после того, как к нему присоединили проводник без необходимости проведения шпилек через отверстия колец, что обеспечивает технологичность сборки. Выполнение планки съемной позволяет обеспечить предохранение неподвижных колец от проворачивания после того, как произведено крепление колпачков. В известном устройстве процесс крепления неподвижных колец к корпусу совмещен с процессом их установки в корпус, то в предлагаемом устройстве стало возможным разграничить эти процессы во времени, т.е. сначала произвести установку неподвижных колец савместно с модулями в пакет, а затем - фиксацию их с помощью съемной планки, разворачивая неподвижные кольца вокруг оси ВКУ таким образом, чтобы вертикальные пазы колпачков. совпали между собой с образованием общего паза и последующим введением в него съемной планки с целью ограничения неподвижных колец от проворачивания в кожухе. Наличие горизонтального дугообразного паза в изолирующем элементе в форме колпачка позволяет надеть колпачок на это кольцо в месте крепления к нему проводника, разместить в пазу проводник, соединенный с неподвижным кольцом, при одновременном обеспечении вхождения в дугообразный паз той части кольца, которая соединена с проводником. Наличие горизонтального тангенциального паза позволяет проводник, соединенный с торцом неподвижного кольца, изогнуть таким образом, чтобы его остальная часть могла быть зафиксирована преимущественно в горизонтальной плоскости,перпендикулярной оси ВКУ. При условии образования петли проводника,изогнутой по периферии неподвижного кольца и расположенной между точками крепления проводника к соответствующему неподвижному кольцу

и корпусу, позволяет обеспечить свободу установки, т.е. возможность радиалуных и осевых перемещений неПОД9ИЖНОГО кольца в процессе работы ВКУ без нарушения надежности электрического соединения между кольцом и соответствующим разъемом. Выполнение кожуха, состоящем из фланца и цилиндрической оболочки в составе двух половин, соединенных между собо по плоскости, проходящей через ось ВКУ, обеспечивает укладку петель проводников на периферии неподвижных колец, что, в свою очередь, обеспечивает свободу ус-тановки отрезков проводников, соединенных с неподвижными кольцами, а следовательно, свободу установки последних.

Вследствие того, что ширина вертикального паза в колпачке больше толщины планки на величину , а также то, что торец планки установлен по отношению к торцу паза с зазором, значение которого равно & - обеспечивает одинаковую свободу неподвижных колец относительно кожуха, т.е. исключение неравномерности распределения контактных усилий между кольцами, обусловленной радиальным биением контактных поверхностей колец, соединенных с ротором относительно контактной поверхности неподвижных колец, а следовательно, обеспечивает одинаковое значение контактного усилия между упругими токопроводящими кольцами, подвижными кольцами ротора и неподвижными кольцами кожуха. Однако обеспечение этого качества в известном устройстве связано с наличием установочных изоляционных прокладок, стяжных шпилек и дистанционных втулок, что усложняет технологичность сборки ВКУ. В предлагаемом устройстве свобода установки неподвижных колец также сохраняется, что создает дополнительный эффект, заключающийся в повышении технологичности сборки, которая обеспечивается за счет того, что планка выполнена съемной, а в устройство введены изолирующие колпачки с пазами.

1. ВРАЩАЮЩЕЕСЯ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее набор контактных модулей, каждый из которых состоит из подвижного кольца, соединенного с ротором, неподвижного кольца, свободно установленного в кожухе и ограниченного от проворачивания в нем, набора тел качения, установленных в сепараторном кольце с возможностью свободного вращения, упругих токопроводящих колец, установленных в кольцевом зазоре между подвижным и неподвижным кольцами, проводники, одни концы которых соединеныс кольцами, а другие закреплены на роторе и кожухе, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью улучшения технологичности сборки при обеспечении одинаковой свободы установки неподвижных колец относительно кожуха, в устройство введены съемная планка, параллельная оси устройства и укрепленная на внутренней поверхности кожуха, изолирующие элементы в форме колпачка, укрепленные в местах соединения проводников с неподвижными кольцами, в каждом изолирующем элементе выполнены горизонтальный дугообразный паз, в котором зафиксировано неподвижное кольцо, горизонтальные радиальный и тангенциальный пазыТ в которые входит проводник, и вертикальный наружный паз в вершине колпачка, в который входит съемная планка, при этом ширина вертикального наружного паза больше толщины на величину il, где е - биение ротора относительно (Л кожуха; h - глубина паза; С - расстояние от оси устройства до торца планки, а торец планки установлен по § отношению к торцу паза с зазором, значение которого равно е. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проводник ND 4 У1 У1 между местом соединения,его с неподвижным кольцом и точкой креЪления к кожуху образует петлю, а кожух выполнен в виде фланца и цилиндрической оболочки, которая состоит из двух половин, соединенных между собой по плоскости, проходящей через ось устройства.

фие1

2 8 И

фиг.2