Щеточно-коллекторный узел для электрических машин Советский патент 1990 года по МПК H01R39/40 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции волочащегося щеткодержателя для электрических машин со скользящим контактом и может найти наибольшее применение в транспортных электродвигателях и генераторах с затрудненными условиями токосъема.

Цель изобретения - повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышения ее механической устойчивости.

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; на фиг. 6 и 7 - расчетные зависимости.

Щеткодержатель содержит корпус 1 с волочащейся щеткой 2, контактирующей

своей боковой гранью с опорной стенкой 3 корпуса, нижней гранью с коллектором 4, а верхней - с рабочим элементом 5 нажимного устройства 6, которое изображено на фиг. 1 в виде ленточной пружины часовото типа, однако могут быть использованы и другие типы нажимных устройств.

Пружина 6 (фиг. 2 и 3), воздействуя своим рабочим элементом 5 на грань щетки 2, создает силу нажатия Р, которая направлена перпендикулярно плоскости верхней грани щетки. Сила Р прижимает щетку 2 к вращающем уся коллектору 4 и создает силу реакции Q коллектора 4, направленную под углом р относительно нормали An к рабочей поверхности коллектора в точке А в сторону его вращения, где - угол тления между щеткой и коллекторо. 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. 4Toj 04Ka В приложения 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 равнодействующая N - в точку I-.

Таким образом, при вращении эксцентричного и овального коллектора точка приложения к щетке силы реакции коллектора Q непрерывно перемещается между точка- ми А и Е, а равнодействующая N - по опорной стенке 3 корпуса 1 между точками СиО.

Если в процессе этих перемещений точка В приложения равнодействующей выходит за край опорной стенки (точку С), то щетка опрокидывается на сбегающий 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 выкрашиваниям 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 (к точке D фиг. 3).

Если в процессе перемещений точка F опускается ниже точки D. то щетка опрокидывается на набегающий 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.

С износом щетки верхний край ее боковой грани (точка G фиг. 3) опускается ниже «верхнего края опорной стенки корпуса (точки С). Если при этом, точка В приложения равнодействующей N в процессе перемещений поднимается выще точки G , то щетка опрокидывается на сбегающий край (точку Е) 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 акже G и D) при всех изменениях высоты щетки.

Для определения этих отношений рассмотрим расчетную схему щеткодержателя фиг. 4), на которой введены следующие обозначения: I - высота опорной стенки корпуса; т-тангенциальный размер щетки; Аг- высота изнашиваемой части щетки; d - зазор между щеткодержателем и коллектором вдоль боковой грани щетки;Гмин минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки; а - угол наклона щетки

относительно нормали Оп к рабочей поверхности коллектора; уЗ-угол скоса верхней грани щетки; р - угол трения между щеткой и коллектором.

Высота опорной сетки корпуса I определяется из условия устойчивости максимально высокой щетки против опрокидывания на сбегающий край (точку Е),крторое требует, чтобы равнодействующая N не выходила за точку С, т.е. чтобы отрезок ЕС на фиг. 4 был

не меньше отрезка ЕВ, т.е. ЕС ЕВ, или

б+1 Гмин+0 В.

Отсюда после преобразований получается условие

l(rMHH-d)4-)7 -Дг,(1)

где

35

Sin/3 COS (а-Ь у) 2 (a+6 + (p)

На основании расчетов, преобразований и экспериментальных данных получено следующее условие механической устойчивости работы щетки при ее максимальной

высоте:

I (1,39-0,0079а)1+(0,73-0,0166аХгмакс-Гмин), где Гмакс максимальная высота боковой грани щетки.

Представление данного признака в виде математической зависимости позволяет обеспечить высокую механическую устойчивость работы щетки и. в то же время не увеличивать чрезмерно высоту опорной стенки корпуса, чтобы не возрастали габариты щеткодержателя и расход материала на его изготовление.

Отношение угла скоса верхней грани щетки к углу ее наклона относительно нормали к рабочей поверхности коллектора выбрано в пределах 1,5-3,8, отношения минимально допустимой высоты боковой грани изношенной щетки к ее тангенциальному размеру выбрано в пределах 1,1 -1,5 и

выбор ысоты опорной стенки корпуса по математической зависимости.

Формула изобретения

Щеточно-коллектЪрный узел для электрических машин, содержащий корпус щеткодержателя со щеткой, имеющей скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормали к рабочей поверхности коллектора и контактирующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы, путем повышения механической устойчивости щетки, угол скоса ее верхней грани и угол наклона ее оси относительно нормали к рабочей по

верхности коллектора находятся в соотношении 1,,8, минимально допустимая высота боковой грани, контактирующей с опорной стенкой корпуса, изношенной щет-. ки и ее тангенциальный размер - в соотношении, равном 1.1-1,5, а высота опорной стенки корпуса выбрана из соотношения I (1,39-0,0079 ,73-0.0166 а) -(гмакс-Гмин), где I - высота опорной стенки корпуса;

а-угол наклона оси щетки относительно нормали к рабочей поверхности коллектора, град;

t - тангенциальный размер щетки;

Гмакс - максимальная высота боковой грани щетки;

Гмин - минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям щеткодержателей для электрических машин со скользящим контактом. Цель изобретения - повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышения ее механической устойчивости. Щеточно-коллекторный узел содержит корпус со щеткой, имеющей скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормали к рабочей поверхности коллектора и контактирующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса. Угол верхнего скоса щетки и угол ее наклона относительно нормали к рабочей поверхности коллектора находятся в отношении 1,5 - 3,8, минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки и ее тангенциальный размер - в отношении 1,1 - 1,5, а высота опорной стенки корпуса выбрана по математическому выражению,приведенному в описании. 7 ил.

фиг. г

иг.1

Фиг.З

ФиеЛ

Фие.5

IZ

.7

I

I

,11-.

5 15 7

Фи.6

Д Д

,;

J3-25.tt

/5

Ш

oC