Токосъемное устройство Советский патент 1987 года по МПК H01R39/18 

Изобретение относится к электротехнике для создания контактных токосъемных устройств и может быть использовано для передачи электричес . ких сигналов от неподвижного объекта к вращаемуся и наоборот при тензометрии вращающихся объектов.

Целью изобретения является повышение надежности токосъема и упрощение наладки устройства.

На фиг. 1 изображено токосъемное устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 - конструкция щетки.

.На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединен- ный с объектом измерения, через изолирующее кольцо 3 посажено контактно кольцо 4, соединенное с проводником 2, входящее с валом 1 и изолирующим кольцом 3 в роторную систему. В кор- пусе 5 на неподвижной опоре 6 ста- торной.системы, выполненной из диэлектрика, одним из концов жестко закреплена щетка 7, выполненная в виде металлической пластинчатой пру- жины, изогнутой в виде двух гофр и установленной симметрично относительно оси вращения ротора.. Боковые поверхности двух гофр охватывают контактное кольцо 4, образуя с ним .Г скользящий контакт в двух точках. Центральный угол ot- контактного кольца, охватываемый щеткой между точками контакта, составляет 130-150 ,а высота (h) гофр находится в пределах 1,6 - 1,8 диаметра (d) контактного кольца. Щетка 7 другим концом связана с опорой 8 с возможностью регулируемого перемещения в опоре 8, для этого Щетка 7 подпружинена с помощью регулировочного винта 9, закрепленного неподвижно на,конце щетки, например, пайкой. На винт 9 навинчена регулировочная гайка 10, установленная в пазу неподвижной .опоры 8, ук- репленной на корпусе 5 и выполненной из диэлектрика. Положение винта 9 фиксируется контргайкой 11. Щетка 7 соединена с проводником измерительной схемы. На опоре 6 одним концом закреплена консоль 12, выполненная в виде пластинчатой пр ужины, на свободном конце которой установлена подушка 13 призматической формы, выполненная из фетра и образующая сколь- зящий контакт с контактным кольцом 4 роторной системы.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

Щетка 7 поверхностями гофр охватывает контактное кольцо 4 роторной системы и за счет упругой податливости гофр создается упругий сколь- ,зящий контакт в двух точках на пот верхности контактного кольца 4, что обеспечивает передачу электрического сигнала от неподвижного объекта к вращающемуся и наоборот.

Выбор центрального yrnatxi обхвата щеткой 7 контактного кольца в пределах 130-150 при высоте гофр щетки 1,6-1,8 диаметра кольца 4 был произведен в результате теоретических и экспериментальных исследований. Было изготовлено несколько комплектов щеток, охватывающих центральные углы контактного кольца от 120 до 170 при определенной высоте гофр в интервале от 1,5 до 2,0 диаметра контактного кольца, который для соблюдения идентичности условий эксперимента бы принят постоянным, и все щетки испытывались вместе в многоканальном токосъемном устройстве на протяжении одинакового времени работы. Оценка качества работы различных по параметрам щеток контактных пар проводилась ,по двум критериям: количеству отказов (потерь контактов) за время работы и среднеквадратическому отклонени переходного сопротивления от математического ожидаемого. Результаты экспериментов согласовались с теоретическими исследованиями устройства с позиций механики взаимодействия щетки 7 с контактным кольцом. При этом исходили из того, что для обеспечения электрического контакта щетки 7 с кольцом 4 щетка в каждый момент времени должна поджиматься к кольцу некоторой силой R (фиг. 2).

Пусть существует некоторое предельное значение R, с уменьшением которого электрический контакт нарушается, шт возрастает переходное сопротивление. Эта-сила N обеспечивается силой предварительного прижатия щетки к кольцу (регулируемой с помощью элементов 9 - 11 в опоре 8 которая в свою очередь определится геометрической суммой сил R, действующих на обе гофры щетки 7, N

2R-COS -. Из этого выражения следует, что при больших углах ci требуется меньшее усилие прижатия щетки, чем при меньших для того, чтобы обеспечить одно и тоже значение нормаль31317533

ной реакции R на поверхностях гофр. Это объясняет более низкие показатели что .надежности, полученные при экспериментах, при углах об 130°, что и определило нижнюю границу диапазона

охватываемых центральных углов.При увеличении угла обхвата свыше 150° угол р (фиг.2) профиля гофр щетки 7 уменьша ется и начинает сказываться влияние клинового эффекта, при этом щетка теряет способность к относительным перемещениям в направлении действия силы N, т.е. теряет способность самоустанавливаться в каждый момент времени. Условие заклинивания контактного кольца 4 между гофрами щетки 7 в направлении действия этой силы можно представить выражением

ft

2 .

где Ц - угол трения при cf arctg f, где f - коэффициент трения.

При сухом трении бронзы по брон- 25 зе (материал кольца 4 и щетки 7) коэффициент трения скольжения составит 0,07, тогда угол трения ср 4 . Следовательно, предельное значение для угла профиля гофр по условию заклинивания равно 2 8 , этому значению соответствует предельное значение угла обхвата об 180 -/ 172°.Однако поскольку коэффициент

е 0,2Н, попри сх. 130 , положив лучим h 1,62d.

С увеличением угла обхвата величина Н сильно возрастает, поэтому

Ш необходимо увеличить срез на закругление гофр, так как с увеличением размера щетки увеличивается ее масса и инерционность, а следовательно, снизится вибростойкость и надеж 5 ность работы. Поэтому при oi 150 принято е 0,5 Н, при этом ,8d.

Экспериментальные данные подтверж дают, что при h 1,8d ухудшается работа щетки из-за возрастания ее мас20 сы, а при h . 1 ,6d работа щетки ухуд шается из-за худшего использования упругих свойств гофр.

За счет того, что щетка 7 является симметричной относительно оси вращения ротора и при этом опирается концами на две неподвижные опоры корпуса, причем одним своим концом щетка неподвижно закреплена на опоре 6 (фиг. 1), а второй конец свя30 зан с опорой с возможностью регулируемого перемещения опоры 8, обес- печивается регулируемое контактное нажатие и способность фиксации щетки 7 относительно кольца 4 в предетрения не является постоянным во вре- х указанных углов обхвата, что мени, то при значениях о( , явповышает надежность токосъема и упро щает наладку и настройку устройства.

ляющихся близкими к предельным, как показали эксперименты, щетка то заклинивает, то не заклинивает в направлении действия силы N, т.е. то самоустанавливается, то заклинивается; и такое прерывистое состояние приводит к ее автоколебаниям, что в свою очередь приводит к нарушению контакта или отрыву щетки. Поэтому верхний предел угла обхвата ot выбран 150°, при этом значении сохраняется надежная работа устройства.

При выборе высоты гофр щетки исходили из того, что для лучшего использования других свойств гофры необходимо расположить точки контакта щетки с контактным кольцом на продольной оси симметрии гофр (фиг. 2), при этом высота гофр равна

h Н - 2е,

где Н - теоретическая высота гофр е - срез вершин гофр на закругление.

Из построения (фиг. 2) следует.

Н

d tg|

eL, Sin 5

е 0,2Н, попри сх. 130 , положив лучим h 1,62d.

С увеличением угла обхвата величина Н сильно возрастает, поэтому

необходимо увеличить срез на закругление гофр, так как с увеличением размера щетки увеличивается ее масса и инерционность, а следовательно, снизится вибростойкость и надеж5 ность работы. Поэтому при oi 150 принято е 0,5 Н, при этом ,8d.

Экспериментальные данные подтверждают, что при h 1,8d ухудшается работа щетки из-за возрастания ее мас0 сы, а при h . 1 ,6d работа щетки ухудшается из-за худшего использования упругих свойств гофр.

За счет того, что щетка 7 является симметричной относительно оси вращения ротора и при этом опирается концами на две неподвижные опоры корпуса, причем одним своим концом щетка неподвижно закреплена на опоре 6 (фиг. 1), а второй конец свя0 зан с опорой с возможностью регулируемого перемещения опоры 8, обес- печивается регулируемое контактное нажатие и способность фиксации указанных углов обхвата, что

повышает надежность токосъема и упрощает наладку и настройку устройства.

За счет того, что фетровая подушка 13 с помощью пружинной консоли 12 прижимается к контактному кольцу 4, обеспечивается удаление с контактной дорожки продуктов трения контактной щетки 7 по кольцу 4. Кроме того, фетровая подушка 13 пропитывается смазкой и при вращении коль- ца 4 смазка с фетровой подушки подается на контактную дорожку, защищая поверхность этой дорожки от

взаимодействия с окружающим воздухом, а следовательно, в определенной степени от образования окисных пленок как на поверхности контактного кольца, так и на контактирующих

поверхностях щетки 7. Снижая коэфициент трения, смазка способствует тем самым снижению износа контактиующих пар. Причем продукты износа собираются на подушке 13 со сторонц

набегающей на нее зоны контактного кольца 4 благодаря улавливающей способности смазки, обусловленной ее вязкостью, а чистая смазка, не перемешанная с продуктами износа, удерживается в зчзне подушки 13, расположенной со стороны сбегающей зоны контактного кольца 4, и подается вследствие вращения кольца на его поверхность, а далее в зону контакта.

Ф. орму.ла изобретение

Токосъемное устройство, содержащее расположенные в корпусе вращаю- рцийся вал с роторной системой контактных колец, каждое из которых контактирует с щеткой, выполненной в виде пластинчатой- гофрированной

гзо-т

3175336

пружины, охватывающей контактное кольцо и образующей с ним скользящий контакт в двух точках, щетка является симметричной относительно с оси вращения ротора и при этом опирается концами на две неподвижные опоры, укрепленные на корпусе, о т- личающееся тем, что, с целью повышения надежности токосъе- 10 ма и упрощения наладки устройства, центральньш угол контактного кольца, охватываемый щеткой между точками

,о

контакта, составляет 130-150 , высота гофр составляет 1,6-1,8 диамет15 ра контактного кольца, при этом один из концов щетки жестко связан с одной из упомянутых опор, а другой конец щетки связан с другой опорой с возможностью регулируемого переме20 щения в опоре.

фие.г

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности токосъема и упрощение наладки устройства. Токо- съемное устройство содержит вращающийся вал 15 расположенный в корпусе, роторную систему KOHTaKtHbix колец 4, каждое из которых контактирует со щеткой 7, выполненной в виде пластинчатой гофрированной пружины, охватывающей контактное кольцо. Щетка является симметричной относительно оси вращения ротора и при этом опирается концами на две неподвижные опоры 6, укрепленные на корпусе. Центральный угол контактного кольца, охватываемый щеткой, между точками контакта составляет 130-15С. , высота гофр составляет 1,6-1,8 диаметра контактного кольца. Один из концов щетки жестко связан с одной из упомянутых опор, а другой конец щетки связан Q с другой опорой с возможностью перемещения в опоре. 2 ил. б (Л П со сд со оо

Составитель М. Кузнецова Редактор Н. Слободяник Техред М.Ходанич . Корректор д.Зимокосов

Заказ 2428/49Тираж 625

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное