Реактивный щеткодержатель Советский патент 1984 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструк ции реактивного щеткодержагеля для электрических машин со скользящим контактом, и может найти применение в авиационных и наземных транспортных генераторах с затрудненными условиями коммутации. Известны реактивные щеткодержатели для электрических машин, содер жащие корпус со щеткой, установленной с наклоном относительно нормали к поверхности коллектора и контакти рующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса l . Однако эти щеткодержатели обладают недостаточной надежностью работы щетки, особенно при высоких частотах вращения коллектора, поэто му не получили широкого применения. Известны также реактивные щеткодержатели для электрических машин, содержащие корпус со щеткой, имеющей скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормали к поверхности коллектора и контакти рующей боковой гранью с опорной стен кой корпуса 2j . Однако известные щеткодержатели обеспечивают недостаточно высокие на дежности и ресурс работы щетки, так как механическая устойчивость, а сле довательно, и надежность работы щетк в значительной степени зависят от соотношений между конструктивными размерами щеткодержателя. При недостаточной величине отношения угла скоса верхней грани щетки к углу ее наклона относительно нормали к поверхности коллектора или при недостаточной высоте опорной стенки корпу са могут возникать тангенциальные вибрации щетки, которые сопровождаются ее соударениями с опорной стенкой корпуса, с коллектором, приводят к нестабильности скользящего электрического контакта, к сколам и выкра шиваниям на острой кромке щетки, на ее боковых гранях, и к повышению вероятности отказа узла токосъема. Это особенно проявляется в начальный период работы, когда щетка не изношена а также в заключительный период, ког да щетка изношена и имеет минимальну высоту боковой грани. Для повышения механической устойчивости и надежности работы щетки в заключительный период увеличивают минимально допустимую высоту боковой грани щетки, но это снижает ее рабочий ресурс и приводит к увеличению неиспользуемого остатка. Целью изобретения является повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышения ее механическо устойчивости. Поставленная цель достигается тем, что в реактивном щеткодержателе, содержащем корпус со щеткой, имеющей скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормгши к поверхности коллектора и контактирующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса, угол скоса ее верхней грани щетки и угол наклона относительно нормали к поверхности коллектора находятся в отношении 0,7-1,4, минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки и ее тангенциальный размер - в отношении 1,51,7, а высота опорной стенки корпуса выбрана по соотношению г l,5t « (l,3-0,02(i)Ar, где - высота опорной стенки корпуса;t - тангенциальный размер щетки; ti/ - угол ее наклона относительно нормали к поверхности коллектора, град, ьг - высота изнашиваемой части щетки. Выбор отношения угла скоса верхней грани щетки к углу ее наклона относительно нормали к поверхности коллектора в пределах 0,7-1,4 позволяет повысить механическую устойчивость щетки, исключить ее тангенциальные вибрации, сколы и выкрашивания на гранях в заключительный период работы, а следовательно, повысить надежность. Выбор отношения минимально допустимой высоты боковой грани изношенной щетки к ее тангенциальному размеру в пределах 1,5-1,7 позволяет воспользоваться повышением механической устойчивости щетки в заключительный период работы более чем на 25% снизить высоту ее неиспользуемого остатка и повысить, таким образом, ресурс работы. Выбор высоты опорной стенки корпуса из условия 2 l,5t + {1,3-0,02oi)ur позволяет повысить механическую устойчивость щетки, исключить ее тангенциальные вибрации, сколы и выкрашивания на гранях в начальный период работы, а следовательно, повысить надежность. Кроме того, поскольку повышение механической устойчивости щетки приводит к снижению скорости ее износа, то это позволяет дополнительно повысить ресурс работы. На фиг. 1 изображен щеткодержатель, на фиг. 2 и 3 - схемы сил, действующих на щетку при ее максимальной, минимальной высоте и контактировании с эксцентричным коллектором, на фиг. 4 и 5 - расчетные схемы щеткодержателя.

Щеткодержатель содержит корпус 1 с реактивной щеткой 2, контактирукгщей своей боковой гранью с опорной стенкой 3 корпуса, нижней гранью с коллектором 4, а верхней с нажимным рычагом 5, ось б вращения которого размещена в опорах корпуса со стороны его опорной стенки 3. Нажимной рычаг 5 соединен с одним концом пружины 7 растяжения, другой конец которой соединен с корпусом 1.

Пружина 7 растяжения (фиг. 2 и 3) воздействуя посредством нажимного рычага 5 на верхнюю щетки 2, создает силу нажатия Р , которая нап равлена перпендикулярно плоскости верхней грани щетки. Сила Р прижимает щетку 2 к вращающемуся коллектору 4 и создает силу реакции Q коллектора 4, направленную под углом Cf относительно нормали А„ к поверхност коллектора в точке А в сторону его вращения, где cf - угол трения между щеткой и коллектором. Силы Р и Q создают равнодействующую N, которая прижимает щетку 2 боковой гранью к опорной стенке 3 корпуса 1, обеспечивая ее надежную работу и устойчивость контакта между щеткой и коллектором при условии, что точка приложения В равнодействующей N к опорной стенке 3 не выходит за ее края (точки С и D). При повороте коллектора вследствие его неизбежной эксцентричности и овальности зона непосредственного механического контакта между щеткой и коллектором перемещается в точку Е, а равнодействущая N в точку F. Таким образом, при вращении эксцентричного и овального коллектора точка приложения в щетке силы реакции коллектора Q непрерывно перемещается между точками А и Е, а равнодействующая п - по опорной стенке 3 корпуса 1 между точками С и D.

Если в процессе этих перемещений точка В приложения равнодействующей выходит за край опорной стенки 3 СТОЧКУ с), то щетка опрокидывается н набегающий край (точку Е) и начинает вибрировать, соударяясь нижней частью с опорной стенкой 3 корпуса и с коллектором 4. Это приводит к потере устойчивости контакта, сколам и выкршиваниям на острой кромке щетки и ее боковых гранях. Такие условия (фиг.2 легче всего возникают при максимальной высоте щетки.

С износом щетки и приближением ее высоты к минимальной появляется двоякая возможность потери устойчивости щетки.

Равнодействующая N все ближе подходит к нижнему краю опорной стенки (точке л фиг. 3). Если в процессе перемещений точка F выходит вниз за точку D, то щетка опрокидывается на

сбегающий край (точку А) и начинает вибрировать, соударяясь верхней частью с опорной стенкой 3 корпуса 1, а нижней - с коллектором 4.

Это может привести, как и в предыдущем случае, к отказу узла токосъема и происходит при минимальной высоте щетки. С износом щетки верхний край ее боковой грани (точка G) опускается ниже верхнего края опорной стенки корпуса (точка С). Если при этом точка приложения равнодействующей N в процессе перемещений поднимается выше точки G (фиг. 3), то щетка опрокидывается на набегающий край (точку Ё)и теряет устойчивость.

В предложенном щеткодержателе предусмотрены такие отношения его конструктивных размеров, при которых равнодействующая N в процессе всех .перемещений по опорной стенке 3 не выходит за пределы зоны устойчивости (точки с и D, а также G и п) при всех изменениях, высоты щетки. Для определения этих отношений рассмотри расчетную схему щеткодержателя (фиг. Обозначения на расчетной схеме: высота опорной стенки корпуса, t тангенцисшьный размер щетки, иг - высота изнашиваемой части щетки, d зазор между щеткодержателем и коллектором вдоль боковой грани щетки, минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки, Л угол наклона щетки относительно нормали 0„ к поверхности коллектора, - угол скоса верхней грани щетки, - угол трения ме)хду щеткой и коллектором.

Высота опорной стенки корпуса 6 определяется из условия устойчивости максимально высокой щетки против опркидывания на набегающий край (точку Е), которое требует, чтобы равнодействующая н не выходила за точку С, т.е. чтобы отрезок ЕС на фиг. 3 был не меньше отрезка Е8: ЕС ЕВ, или е г„„ + ОВ.

Отсюда после преобразований получается условие

2г (г,„- d) в-а-где

„ sin/3 cos((i(-Cf)

Ь -г - 7--Г

sinl ((. + ft- (f)

Таким образом, выбор отношения угла скоса верхней грани щетки к углу ее наклона относительно нормали к поверхности коллектора в пределах 0,7-1,4, отношения минимгшьно допустимой высоты боковой грани изношенной щетки к ее тангенциальному размеру в пределах 1,5-1,7 и выбор высоты опорной стенки корпуса из условия

е г l,5t + (1,3 -0,02«)дг позволяет повысить механическую устойчивость щетки,надежность, и на 30-35% ресурс ее работы.

0ut.2

РЕАКТИВНЫЙ ЩЕТКОДЕРЖАТЕЛЬ для электрических машин, содержащий корпус со щеткой, имеюше скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормали к поверхности коллектора и контактирующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса, .отличающий ся тем. что, с целью повышения нгшежности и ресурса работы путем повышения механической устойчивости щетки, угол скоса ее верхней грани и угол наклона относительно нормали к поверхности коллектора находятся в отношении 0,71,4,минимально допустимая высота боковой грани изношенной щётки и ее тангенциальный размер - в отношении 1,5-1,7, а высота опорной стенки корпуса выбрана по соотношению е l,5t + (l,3-0,02ci)ur, где Е - высота опорной стенки корпуса; t - тангенциальный размер цётки; - угол ее наклона относительно СО нормали к поверхности коллёк.тора, град; иг - высота изнашиваемой части щетки. СП :л