Вращающееся контактное соединительное устройство Советский патент 1985 года по МПК H01R39/30 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к созданию вращающихся контактных соединительных устройств, содержащих вращающуюся с больщой скоростью подвижную секцию, контактирующую с неподвижной секцией, и может быть использовано в слаботочных линиях связи промышленной частоты, постоянного, тока и СВЧ, например коаксиальных и волноводных трактах небольшого сечения.

Известно вращающееся контактное соединительное устройство, содержащее подвижную и неподвижную секции, соединенные посредством жидкостного контакта, работающее на высоких скоростях вращения и используемое ,ддя передачи энергии достаточно больщой мощности 1.

Однако при малой передаваемой по линии мощности турбулентное движение контактной жидкости может оказаться причиной искажения слабого сигнала. В неподвижном состоянии такое устройство использовать невозможно и, кроме того, его невозможно выполнить в малых габаритах.

Известно также вращающееся контактное соединительное устройство, содержащее подпружиненную подвижную и неподвижную секции, соединенные торцами проводников через токопроводящую жидкость, которая удерживается кольцевыми канавками, выполненными на их торцовых амальгамированных поверхностях 2.

Это устройство не может быть использовано при высоких оборотах вращения подвижной секции ввиду выброса жидкости из области контактирования под воздействием центробежной силы или в результате воздействия на изделие ударно-вибрационных нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вращающееся контактное соединительное устройство, содержащее подвижную и неподвижную секции с цилиндрическими проводниками, зазор между контактирующими поверхностями которых содержит консистентную токопроводящую смазку с толщиной слоя, близкой к толщине слоя граничного трения, токопроводящий слой смазки образуется посредством подпружиненного ползуна, располагаемого в специальном пазе в полости между контактирующими поверхностями 3.

Известное устройство применимо для мнргих случаев вращающихся соединений, но использовать вращающееся слаботочное контактное соединительное устройство для коаксиальных или волноводных линий малого сечения невозможно. Например, соединить проводники коаксиальной линии метром менее 5 мм не представляется возможным ввиду отсутствия места для паза на торцовых сочленяемых поверхностях, в котором скользит ползун. Указанный недостаток ограничивает не только область применения вращающегося контактного соединительного устройства, но и снижает его надежность. Снижение надежности объясняется малым радиусом, по которому выполняется паз (при небольщом диаметре соединяемых проводников), и, следовательно, малыми линейными размерами ползуна, что влияет на плавность его хода, т.е. на своевременную подачу смазки в зону трения.

Цель изобретения - повыщение надежности электрического контакта при уменьщенных диаметрах проводников.

Цель достигается тем, что во вращающемся контактном соединительном устройстве, содержащем подвижную и неподвижную секции с цилиндрическими проводниками, зазор между контактирующими поверхностями которых содержит консистентную токопроводящую смазку с толщиной слоя, близкой к толщине слоя граничного трения, на боковой поверхности со стороны торца, проводника одной из секций выполнена наружная кольцевая проточка, а на боковой поверхности со стороны торца проводника другой секции - внутренняя кольцевая проточка, между основаниями проточек в полости, образованной боковы.ми поверхностями соединяемых проводников дополнительно установлены последовательно вдоль оси устройства первое уплотнительное кольцо, две разрезные сопряженные взаимно подпружиненные втулки с выступами и второе уплотнительное кольцо, причем выступ каждой из втулок заведен в разрез сопряженной втулки, а образуемый зазор между стенками разреза и выступа втулок заполнен консистентной смазкой в объеме, превышающем суммарный объем зазоров между боковым,и поверхностями втулок, соединяемых проводников и уплотнительных колец.

На фиг. 1 показано вращающееся контактное соединительное устройство, соединяюш,ее в качестве примера две коаксиальные секции, имеющие возможность взаимного вращения, разрез; на фиг. 2 - разрезные втулки с выступами, упругие элементы и уплотнительные кольца и их взаимное положение, какое они занимают в устройстве; на фиг. 3 - упругий элемент,

воздействующий на втулки.

Вращающееся контактное соединительное устройство содержит подвижную секцию с цилиндрическим проводником 1 и неподвижную секцию с цилиндрическим проводником 2.

В показанном на фиг. 1 варианте выполнения устройства секции выполнены коаксиальными и содержат кроме указанных наружных цилиндрических проводников 1 и 2 еще внутренние коаксиальные проводники 3 и 4. На боковой поверхности со стороны торца проводника 1 подвижной секции выполнена наружная кольцевая проточка, а на боковой поверхности со стороны торца проводника 2 неподвижной секции - внутренняя кольцевая проточка. Такие же встречные кольцевые проточки выполнены соответственно и ка внутренних проводниках 4 и 3 коаксиальных секций. Между основаниями проточек в полости, образованной указанными боковыми поверхностями соединяемых проводников 1 и 2 установлены последовательно вдоль оси устройства первое уплотнительное кольцо 5, две разрезные сопряженные втулки 6 и 7 с выступами 8 и 9 (фиг. 2) и второе уплотнительное кольцо 10. Втулки 6 и 7 взаимно подпружинены с помощью упругих элементов 11, которые распирают их в осевом направлении и удерживают в определенном угловом. Выступ 8 и 9 каждой из втулок 6 и 7 заведен в разрез сопряженной втулки, а образуемый зазор между стенками разреза и выступа втулок 6 и 7 заполнен консистентной смазкой 12 в объеме, превышающем суммарный объем зазоров между обоковыми поверхностями втулок б и 7, соединяемых проводников 1 и 2 и уплотнительных колец 5 и 10. Последние разрезаны (фиг. 2) с целью придания им упругих свойств. Внутренние проводники 3 и 4 соединены аналогично с помощью первого уплотнительного кольца 13, сопряженных разрезных втулок 14 и 15, подпружиненных упругими эль.ментами 16, второго уплотнительного кольца 17 и консистентной токопроводящей смазкой в зазоре между контактирующими поверхностями с толш.иной слоя, близкой к толщине слоя граничного трения. Упругие элементы 11 и 16 распирают соответствующие разрезные втулки 6 и 7 и 14 и 15 в осевом направлении, прижимая торцовые поверхности уплотнительнйх колец 5 и10 к соответствующим J№yлкaм 6 и 7, а также для внутренних проводников: колец 13 и 17 ко втулка.м соответственно 14 и 15. Каждая разрезная втулка 6, 7, 14 и 15 после изготовления сжимается по лТ.иаметру. Величина сжатия должна соответствовать условию Мвдр или Ртр.влр Гкц ЛРгр. вн г вн ., где Мнар-момент трения, возникающий при провороте разрезной втулки по наружному диаметру при смазанных трущихся поверхностях; NBU- момент трения, возникающий при провороте разрезной втулки по внутреннему диаметру при смазанных трущихся поверхностях; .В-р.кар.я-соответственно сила трения скольPfp.m. жения со смазкой на наружной и внутренней поверхностях разрезной втулки; ияр.и Гаи.-соответственно наружный и внутренний радиусы.разрезной втулкит Сила трения, следовательно, на внутреннем диаметре втулки должна быть больше во столько раз силы трения на наружном диаметре, во сколько раз наружный размер втулки больше внутреннего. Указанное равенство моментов необходимо, чтобы вероятность проворота втулки по внутреннему и внешнему диаметрам была одинакова. Материал втулки и вид консистентной смазки выбирается из условия появления в зоне трения избирательного переноса, создающего наиболее благоприятные условия для электрического контакта и трения. Например, при латунных .проводниках соединяемых секций разрезную втулку лучше всего выполнить из нержавеющей стали (14Х17Н2), а смазка должна быть ОКБ-122-3. Возможны и другие варианты по сочетанию коктактной пары, способствующие образованию избирательного переноса. Каждое уплотнительное кольцо 5 и 10 (13 и 17) разрезано и также обжимается (или разжимается) подобно разрезной втулке. Но поскольку задачи уплотнительного кольца - удерживать смазку от вытекания, одно из колец сжимается перед установкой, а другое разжимается. На фиг. 1 уплотнительное кольцо 10 (17) сжато и охватывает своей внутренней поверхностью проводник 1(4), а кольцо 5(13) разжато и контактирует с проводником 2(3) поверхностью по внешнему диаметру. При таком расположении колец 5 и 19 (13 и 17) между ними и соответствующими проводниками 1 и 2 (4 и 3) образуются полости Б, необходимые для накопления смазки и подачи ее в зону трения между торцом кольца и проводником. Усилие контактирования каждого упло1нительного кольца с соответствующим проводником подчиняется условию; Мгр.чр- MlJ -TOP7 где .Mit 5 -момент трения скольжения без смазки, удерживающий уплотнительное кольцо на обжимаемом проводнике; M.jp.-tof.- момент трения скольжения со смазкой, возникающий при скольжении торца уплотнительного кольца по проводнику (или торцу разрезной втулки). Уплотнительные кольца 5, 10, 13 и 17 изготавливаются из материала, обладающего упругостью и обеспечивающего появление избирательного переноса в зоне трения. Например, при латунных проводниках 1, 2, 3 и 4 и стальнь1х разрезных втулках 5, 7, 14 и 15 уплотнительные кольца можно -изготовить из бериллиевой бронзы. Упругий элемент 11 (фиг. 3) выполнен из пружинной проволоки, стальной или бронзовой. Плечо D упругого элемента 11 (16) распирает разрезные втулки 6 и 7 (14 и 15). Плечи Е удерживают выступы 8 и 9 разрезных втулок соответственно 6 и 7 от углового перемещения (фиг. 2). Усилия плеч элемента 11 определяются условием:

М.1р.тор. Мпруж. Мея.безо. )

гдеНпружгмомент, создаваемый плечом Е

упругого элемента И;

Ki.6e5CM.-момент трения, возникающий при провороте разрезной втулки по внутреннему диаметру без смазки. Устройство работает следующим образом.

Примем, что вначале все сопрягаемые поверхности разрезных втулок 6 и 7 (14 и 15) проводников 1 и 2 (3 и 4), а также колец 5 и 10 (13 и 17) смазаны. Тогда при вращении одного из соединяемых проводников 1(3) относительно другого 2(4) разрезные втулки 6 и 7 (14 и 15) испытывают воздействие крутящих моментов со стороны соответствующих проводников и уплотнительных колец. Упругие элементы 11(16) удерживают втулки 6 и 7 (14 и 15) в положении, когда выступы 8 и 9 находятся посередине соответствующих разрезов втулок 6 и 7. Втулки 6 и 7 могут вращаться или под действием момента трения (Мтр.1ор.) или под действием разности моментов .. и MBH . Возможна и полная остановка втулок, если по каким-то причинам . Мтр,тор. + MBH., например временное заклинивание. В любом случае скорость вращения втулок 6 и 7 (14 и 15) отличается от скорости вращения проводников 1 и 2 (4 и 3), которые они охватывают.

Взаимное положение разрезных втулок 6 и 7 удерживается упругими элементами 11 с заданным усилием плеч.Уплотнительные кольца 5 и 10 (13 и 17) также вращаются со своей скоростью относительно соответствующих проводников и разрезных втулок. Расход смазки (усыхание, частичное вытекание) приводит к появлению дополнительного усилия трения в какой-то одной трущейся области. Например, обеднение смазкой одной из полостей Б сокращает ее поступление в зону трения между торцом уплотнительного кольца 5 и проводником 1. Скорость вращения уплотнительного кольца 5 приближается к скорости вращения проводника 1. Тем самым увеличивается разность в скоростях вращения разрезной втулки 6 и уплотнительного кольца 5. Разность в скоростях вращения создает дополнительный момент, который воздействует на разрезную втулку 6. Происходит нарушение равновесия и втулки 6 и 7 проворачиваются относительно одна другой. Выступ 9 выдавливает смазку 12 из.разреза, восполняя тем самым расход смазки в зоне трения. Таким образом, нарушенное равновесие восстанавливается. Подобное восполнение смазки происходит при уменьшении смазки в зоне трения -любой из разрезных втулок 5 и 10

(13 и 17) по ее наружной и внутренней поверхностям. Т.е. любое нарушение равновесия в смазке вращающихся деталей соединительного устройства приводит к самовосстановлению смазочного слоя и действующих усилий, при том, что объем консистентной смазки в устройстве превышает суммарный объем зазоров между боковыми поверхностями втулок, соединяемых проводников и уплотнительных колец.

Такой саморегулирующий механизм смазки обеспечивает условия для надежной работы устройства практически при любой скорости вращения одного из соединяемых проводников относительно другого. Поскольку в зоне трения скольжение сопрягаемых деталей осуществляется с усилием, то слой смазки всегда будет достаточно тонким и, следовательно, токопроводным. Кроме того, в зоне трения возникает явление избирательного переноса, улучшающего электрический контакт между трущимися поверхностями, а

ограниченная возможность вытекания смазки из устройства увеличивает его долговечность. При этом уплотнительные кольца предупреждают вытекание смазки из устройства и создают дополнительный электрический контакт по краям соединения. ТаКим образом, трение всегда осуществляется со смазкой. Надежность электрического контакта обеспечивается токопроводным с«тоем смазки, близким по толщине к слою граничного трения.

Предлагаемое устройство может быть использовано в линиях связи и измерительных линиях с небольшим сечением проводников в условиях постоянного быстрого и прерывистого вращения с частичным или полным поворотом подвижной секции вокруг оси, например в системах управления поворотного устройства, в антенно-фидеркых устройствах и других.

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ КОНТАКТНОЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее подвижную и неподвижную секции с цилиндрическими проводниками, зазор между контактирующими поверхностями которых содержит консистентную токопроводящую смазку с толщиной слоя, близкой к толщине слоя граничного трения, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности электрического контакта при уменьщенных диаметрах проводников, на боковой поверхности со стороны торца проводника одной из секций выполнена наружная кольцевая проточка, а на боковой поверхности со стороны торца проводника другой секции - внутренняя кольцевая проточка, между основаниями проточек в полости, образованной боковыми поверхностями соединяемых проводников дополнительно установлены последовательно вдоль оси устройства первое уплотнительное кольцо, две разрезные сопряженные взаимно подпружиненные втулки с выступами и второе уплотнительное кольцо, причем выступ каждой из втулок заведен в разрез сопряжен§ ной втулки, а образуемый зазор между стенками разреза и выступа втулок заполнен (Л консистентной смазкой в объеме, превышающем суммарный объем зазоров между боковыми поверхностями втулок, соединяемых проводников уплотнительных колец. оо сд