Щеточный узел электрической машины Советский патент 1990 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании щеточных узлов электрических машин со скользящим электрическим контактом.

Цель изобретения - увеличение ресурса щетки.

На фиг.1 изображен щеточный узел,

разрез; на фиг.2 - вариант выполнени промежуточного элемента, на фиг.З еще Один вариант промежуточного элемента .

Щеточный узел содержит щетку 1, в нижней части контактирующую с кол- лектором 2, щеткодержатель 3 и нажимное устройство 4, к которому крепитс промежуточный элемент 5, выполненный в виде скобы, для передачи редукции нажатия на щетку, причем стенка 6 элемента 5 опирающаяся на набегаю- . щий край щетки, наклонена «Г поверхности щетки под углом а стенка 7 элемента 5 опирающаяся на сбегающий край щетки, наклонена к поверхности щетки под углом о,. Скоба имеет полку, соединенную с нажимным элементом 4. На фиг.1 показаны также силы, действующие на щетку: сила трения F (UP, где (U - коэффициент трения, Р - давление на щеткуj Р Р з1по(г давление на сбегающий край щетки; Р, Р sin o(,- давление на набегающий край щетки.

Промежуточный элемент 5 может быть 35 НЬ|М отрывом щетки от коллектора. Это

выполнен с накладками 8, выполненными из упругого материала, например резины, закрепленными на отогнутых стенках 6 и 7 элемента 5, непосредственно контактирующими со щеткой 1 (фиг.2).

На фиг.З изображен вариант выполнения промежуточного элемента 5 со стенками 6 и 7, опирающимися на середины набегающего и сбегающего краев щетки, перпендикулярно которому закреплен дополнительный элемент с концами 9 и 10, опирающимися на середины, аксиальных краев щетки под. углом 90°, выполненный в виде дуги полуокружности или П-образным.

В щеточном узле возникает разница давлений Рг- Р,.на сбегающем и набегающем краях щетки, уравновешивающая опрокидывающий момент силы трения, действующий на щетку со стороны коллектора (фиг.О. Для исключения пере- коса щетки в обойме щеткодержателя необходимо, чтобы давление PI на сбе40

явление может быть вызвано вибрациями и биением коллектора, шероховатостями поверхностей ламелей и перепадами между ними. Для обеспечения безискро- вой работы скользящего контакта особенно важно исключить частичные отрывы на краях щетки, так как искрение чаще наблюдается на сбегающем крае щетки и иногда на набегающем. 45 При попадании щетки на неровность она обычно перекашивается из-за наличия зазора в щеткодержателе. Введенный промежуточный элемент не позволяет щетке перекашиваться в обойме, так как при подъеме края щетки, давление на этот край увеличивается и возвращает щетку в прежнее положение. При этом площадь контакта края щетки с коллектором увеличивается (по сравнению с перекошенным положением) и на данном крае щетки обеспечивается безискровое контактирование. Промежуточный элемент, изготовленный из упругого материала, способен также демп50

55

тающем крае щетки было больше давлелений имеет

ния Р на набегающем крае на .величину, уравновешивающую опрокидывающий момент силы трения F, действующей на щетку со стороны коллектора. По мере износа щетки величина этого опрокидывающего момента уменьшается. Поэтому условие для определения разницы дав- вид

ений имеет

Р -

Г-2 Г

F2

Т

-ЈЈЈ.

t где t - первоначальный радиальный

размер щетки;

rMWH радиальный размер щетки после изнашивания1,

t - тангенциальный размер щетки. Разделив неравенство на величину силы нажатия Р на щетку и учитывая,

что sin о(2, соотношение

-р- sin,,

получаем

8inc(a- sin«(, J.

Таким образом, разница давления Р Р, на сбегающем и набегающем краях щетки позволяет исключить перекос щетки в щеткодержателе, вызванный действием силы трения на щетку со стороны коллектора.

Кроме того, при работе щеточного узла электрической машины часто наблюдается искрение, вызванное частич0

явление может быть вызвано вибрациями и биением коллектора, шероховатостями поверхностей ламелей и перепадами между ними. Для обеспечения безискро- вой работы скользящего контакта особенно важно исключить частичные отрывы на краях щетки, так как искрение чаще наблюдается на сбегающем крае щетки и иногда на набегающем. 5 При попадании щетки на неровность она обычно перекашивается из-за наличия зазора в щеткодержателе. Введенный промежуточный элемент не позволяет щетке перекашиваться в обойме, так как при подъеме края щетки, давление на этот край увеличивается и возвращает щетку в прежнее положение. При этом площадь контакта края щетки с коллектором увеличивается (по сравнению с перекошенным положением) и на данном крае щетки обеспечивается безi искровое контактирование. Промежуточный элемент, изготовленный из упругого материала, способен также демп0

5

5153 576

ировать колебания щетки относительтд к к к к б и р t

но коллектора. Устранение искрения на краях щетки, вызванного неровностями профиля коллектора и опрокидывающим моментом силы трения на щетку со стороны коллектора, а также снижение уровня вибраций щетки относительно коллектора, позволяет уменьшить износ щеток и, слеловательно, повысить их технический ресурс.

Щеточный узел работает следующим образом.

Щетку 1 вставляют в обойму щетко10

Пример 1. Изготавливают щеточный узел, содержащий щетку, щеткодержатель и нажимное устройство, к курку которого с помощью шплинта прикрепляют промежуточный элемент , концы которого устанавливают на сбегающем крае щетки под углом d 80° , на набегающем крае под углом о(, 35, 0 и 5°, выбранных в соответствии с расчетом по формуле (V) для л 0,22, t 16 мм, г 28 мм,

(зб°, гк

гмин 23 мм

Испытания проводят в течение 48 ч держателя 3 и соединяют нажимным эле- 15 при- номинальном значении тока якоря ментом k через промежуточный элемент электрической машины, после чего про- 5 таким образом, чтобы его стенки 6 и 7 опирались на середины набегающего и сбегающего краев щетки 1. Нажимным

изводят замер высоты щетки.

Приме р2. То же, что и в примере 1, но , 3f.(.

элементом k через промежуточный элемент 5 прижимают щетку 1 к вращающемуся коллектору 2. Промежуточный элемент 5 перераспределяет силу нажатия Р на щетку таким образом, что компенсируется опрокиливэющий момент силы трения F, действующей на щетку 1 со стороны коллектора 2, предотвращая тем самым перекос щетки в обойме щеткодержателя и частичный отрыв щетки от коллектора, что исключает искрение и уменьшает износ щетки. После износа щетки на величину (г - гмин), соответствующую предельному состоянию по износу согласно техническим нормам, коллектор останавливают и производят замену щетки.

Промежуточный элемент 5, выполненный из упругого материала либо с на

Пример 1. Изготавливают щеточный узел, содержащий щетку, щеткодержатель и нажимное устройство, к курку которого с помощью шплинта прикрепляют промежуточный элемент , концы которого устанавливают на сбегающем крае щетки под углом d 80° , на набегающем крае под углом о(, 35, 0 и 5°, выбранных в соответствии с расчетом по формуле (V) для л 0,22, t 16 мм, г 28 мм,

(зб°, гк

гмин 23 мм

Испытания проводят в течение 48 ч при- номинальном значении тока якоря электрической машины, после чего про-

изводят замер высоты щетки.

Приме р2. То же, что и в примере 1, но , 3f.(.

ПримерЗ.То же, что и в примере 1, но , 38 .

П р и м е р 4. То же, что и в примере 1, но 95°, 38° .

При а(г7900 компенсирующий момент уменьшается, поэтому применение устройства с такими углами неэффективно.

П р и м е р 5. То же, что и в примере 3, но к отогнутым концам проме- .. жуточного элемента прикреплены рези- новые накладки.

П р и м е,р 6. То же, что и в примере 3, но k курку нажимного устройства крепится дополнительный элемент, выполненный в виде дуги полуокружности, опирающийся на середины аксиальных краев щетки.

П р и м е р 7. Проведены испытания на известном щеточном узле.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании щеточных узлов электрических машин со скользящим электрическим контактом. Целью изобретения является увеличение ресурса щетки. Промежуточных элемент в щеткодержателе имеет стенки 6 и 7, опирающиеся на края щетки под углами: α₂ на набегающем крае и α₁ на сбегающем крае, причем 85°≤α₂≤90°, а α₁ и α₂ связаны соотношением. При эксилуатации щеточных узлов в условиях повышенных вибраций вспомогательный промежуточный элемент 5 выполняют из упругого материала либо с накладками на отогнутых стенках 6, 7. В тех случаях, когда вспомогательный промежуточный элемент 5 выполнен в виде узкой ленты и опирается по центру верхней грани щетки не по всей ее ширине, к нему перпендикулярно крепится дополнительный элемент, выполненный в П-образным или в виде дуги полуокружности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Данные испытаний приведены в таб- ,

кладками из эластичного материала на концах, выполняет также функцию демп-40 .. фера. Демпфирующие накладки 8 на ото- (лице.

гнутых стенках 6 и 7 (фиг.2) элемен- Из таблицы следует, что применение та 5 также предохраняют щетки от вы- нажимного устройства снижает износ работки в местах контакта щетки со щеток по сравнению с известным. Наи- стенками 6 и 7 элемента 5 при эксплу- 45 больший эффект достигается при углах атации их на электрических машинах, наклона 2 в интервале (г 33 °.

работающих в условиях повышенных вибраций. Промежуточный элемент нажимного устройства обеспечивает его устойчивость в аксиальном направлении в тех случаях, когда промежуточный элемент опирается по центру верхней, грани щетки не по всей ее ширине.

Работа устройства поясняется конкретными примерами, которые даны с интервалом углов наклона равным 5°, так как при величине интервала менее 5° разница в показаниях находится на уровне ошибки измерения.

При углах с/2790с

° износ

50

щеток выше, следовательно, уменьшается технический ресурс щетки.

Формула изобретения

е.

Из таблицы следует, что применени нажимного устройства снижает износ щеток по сравнению с известным. Наи- больший эффект достигается при углах наклона 2 в интервале (г 33 °

При углах с/2790с

° износ

50

щеток выше, следовательно, уменьшается технический ресурс щетки.

Формула изобретения

нг,

. 8in Sin Л,

где р- коэффициент трения коллектор,

Фиь.2

Составитель В.Чернова Редактор Г.Гербер Техред М.Ходанич Корректор

Заказ 1 8Тираж АО Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

5

t - тангенциальный размер щетки; г - радиальный размер щетки-, г;мии допустимый радиальный размер щетки после изнашивания.

ю

Фие.З