Щеточно-коллекторный узел электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H01R39/24 

ных на оси, расположенной параллельно оси коллектора, конусные концы которых введены в конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а вторая - упругой, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегментного выреза. Данное техническое решение является ближайшим аналогом заявленного изобретения (прототипом).

Недостатком щеточно-коллекторного узла по прототипу является то, что цилиндрические диски имеют ограниченную податливость относительно коллектора под действием силы нажатия, которая определяется только сжатием контактного слоя.

Поэтому при износе щетки и при движении ее по окружности податливость м и, следовательно, устойчивость контакта практически не меняется при прочих равных условиях.

Целью изобретения является повышение надежности и устойчивости контак- та путем увеличения податливости щетки относительно коллектора при ее износе.

Цель достигается тем, что в щеточ- но-коллекторном узле, содержащем коллектор, щетку, выполненную в виде цилиндрических дисков с сегментным вырезом, разделенных дистанционными шайбапи и жестко закрепленными на оси, расположенной параллельно оси1 коллектора, конусные концы которой введены в конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а вторая -г уп« ругой, и нажимную пружину, прижимающую щетку к коллектору одной половиной сегментного: выреза, на рабочей поверхности коллектора выполнены выточки, контактные поверхности которых симметрично наклонены одна к другой, а часть контактной поверхности цилиндрических дисков в зоне сегментного выреза выполнена скошенной так, что наклон поверхностей скошенной части контактной поверхности дисков соответствует наклону поверхностей кольцевых выточек коллектора.

При заданных значениях радиуса коллектора г, радиуса нового (не изношенного) диска г, тангенциального размера контактной поверхности диска

t расстояние между предельной осью коллектора и осью щетки определяется из выражения

-

г к

t2

jpr

t2

По мере износа диски поворачиваются с осью под действием нажимной пружины, а при износе наружной части дисков до второй половины поверхности сегментного выреза их контакт с коллектором прекращается и требуется замена щеток.

Податливость щетки предложенного устройства определяется изгибом дисков под действием силы нажатия. Изгибающий момент равен произведению с силы, действующей на диск со стороны

коллектора в аксиальном направлении на расстоянии от контактной поверхности до оси щетки, которое при износе дисков остается неизменным,, Поперечное сечение каждого диска при износе уменьшается. Поэтому податливость щетки относительно коллектора .при ее износе повышается за счет уменьшения поперечного сечения дисков.

На фиг, 1 представлен продольный разрез щеточно-коллекторного узла; на фиг. 2 - разрез щеточно-коллекторного узла А-А на фиг. 1.

Предлагаемый щеточно-коллекторный узел содержит коллектор 1, на рабочей

поверхности коллектора 1 выполнены две кольцевые выточки, контактные поверхности которых симметрично наклонены друг к другу, щетку, выполненную в виде четырех цилиндрических

дисков 2 с сегментным вырезом, разделенных дистанционными шайбами 3 и жестко закрепленных на оси 4, расположенной параллельно оси коллектора 1, конусные концы которой введены в

конусные углубления двух стоек 5 и 6 щеткодержателя 7 и имеют скользящую связь с ними, причем стойка 5 выполнена жесткой, а стойка 6 - упругой, и нажимную пружину 8, прижимающую

щетку 2 к коллектору 1 одной половиной сегментного выреза, один конец пружины 8 жестко соединен с осью 4, а второй - опирается на штырь 9 жесткой стойки 5, при этом часть контактной поверхности цилиндрических дисков 2 в зоне сегментного выреза выполнена скошенной так, что наклон поверхностей скошенной части контактной

51737588

поверхности дисков 2 соответствует наклону поверхностей кольцевых выточек коллектора 1 и непосредственно контактирующая поверхность 10 каждого диска 2 повторяет поверхность одной из наклонных поверхностей кольцевых выточек кбллектора 1.

На фиг. 1 и 2 показаны также раПри износе дисков 2 расстояние от контактной поверхности 10 каждого диска 2 до оси щетки 4 не меняется и изгибающий момент, равный произведению аксиальной составляющей силы N на расстояние от этой силы до оси щетки 4, практически не меняется. Однако поперечное сечение диска, как

диус нового (неизношенного) диска г , JQ консольной балки, при износе сущест- радиус изношенного диска ru, танген- венно уменьшается. При уменьшении

поперечного сечения дисков 2 и неизменности изгибающего момента изгиб ,

циальный размер контактной поверхности диска t, радиус коллектора гк, угол оЈ при вершине зубца коллектора,

дисков 2 увеличивается. Следовательтолщина диска h, радиус дистанционной но, при износе дисков 2 повышается шайбы г и сила реакции N на диск со (стороны коллектора в нормальном направлении.

Расстояние между продольной осью коллектора t и осью щетки 3

их податливость относительно коллектора только за счет уменьшения поперечного сечения дисков 2.

2Q Под действием силы реакции N на каждый диск 2 со стороны контактной поверхности коллектора 1, направленной в нормальном направлении, контакт ный слой сжимается, а под действием

лК t2

лК - t (1)

Щеточно-коллекторный узел в динамике работает следующим образом. При износе диски 2 поворачиваются вместе с осью 4 под действием пружины 8. Когда износ наружной части дисков 2 достигнет второй половины поверхности сегментного выреза, контакт их с коллектором 1 прекращается.

При износе дисков 2 расстояние от контактной поверхности 10 каждого диска 2 до оси щетки 4 не меняется и изгибающий момент, равный произведению аксиальной составляющей силы N на расстояние от этой силы до оси щетки 4, практически не меняется. Однако поперечное сечение диска, как

дисков 2 увеличивается. Следовательно, при износе дисков 2 повышается

их податливость относительно коллектора только за счет уменьшения поперечного сечения дисков 2.

Под действием силы реакции N на каждый диск 2 со стороны контактной поверхности коллектора 1, направленной в нормальном направлении, контактный слой сжимается, а под действием

аксиальной ее составляющей диск 2 изгибается, что обуславливает существенное предварительное смещение (податливость) щетки относительно коллектора 1 в радиальном направлении А, которое определяется из выражений:

для новых (не изношенных) дисков 2

А Д fj + cos (А/2) , v

л -81пТоб72)кс а)

для дисков 2, изношенных ют 1/4 до износе диск 2 сделает от 1/4 до 1/2 1/2 их рабочей длины (это когда при 35 оборота

А „ N 1 2(г,ГшМсоз(«:/2) - т

1 S в вверив I нн ..««чачдцгг Wnт, --, , . , 1

й ) Eh3(, (з) для дисков 2 перед полным их износам

4N 1 2 (ги-гад)3 COS&/2)

-.u,«7)L5

Е - модуль упругости щеточного

материала;

К - жесткость сжатия контактного слоя диска 2. меньшение поперечного сечения ого диска при их износе показано иг. 3-9. Чертежи построены в одмасштабе при $ 26 мм; h 6 мм;

ко прикреплена к ти At - А{ и изги 45 нее.

Изгибающий мо дению аксиальной на плече (ru -гш

50

5,5 мм; гц 21 мм; vi 90°..

диска не меняется

На Фиг. 3 показан новый диск; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3: на фиг. 5 - сечение..,, ( на фиг.З. При расчете изгиба диска под действием аксиальной составляющей силы N принято, что нижняя половина диска (фиг. 3), как консольная балка, жестко прикреплена к неподвижной плоскости At - А{ и изгибается относительно нее.

Изгибающий момент, равный произведению аксиальной составляющей силы N на плече (ru -гш) (фиг.4), при износе

диска не меняется.

Поперечное сечение нового диска плоскостью А,- А{ представляет собой прямоугольник, симметрично расположен- ный относительно оси 4.

На фиг 6 - диск, изношенный на 1/4 рабочей длины; на фиг. 7 - сечение Ag. - АЈ на фиг, 6.

На фиг. 8 - диск, изношенный не более 1/2 рабочей длины; на фиг. 9 - сечение Л у- АЗ а Лиг. 8.

Из фиг. 5, 7 и 9 видно существенное уменьшение поперечного сечения диска при его износе. Наружный диаметр диска при его полном износе уменьшается от 2гл до 2ru, Кроме того при износе диска по всей его окружности образуется скос, также уменьшающий поперечное сечение диска.

Расчеты показывают, что перед полным износом дисков податливость щетки на 15-20% больше, чем при новых дисках. В устройстве прототипе податливость щетки определяется только сжатием контактного слоя (рис. 2). В известном устройстве при износе консоль ных элементов податливость щетки, наоборот, уменьшается, а при полном износе консольных элементов (полный износ щетки) остается податливость только за счет сжатия контактного

слоя. Формул

изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллекФиг Л

тор, щетку, выполненную в виде цилиндрических дисков с сегментным выре зом, разделенных дистанционными шайбами и жестко закрепленных на оси, расположенной параллельно оси коллектора, конусные концы которой введены в конусные углубления двух стоек щеткодержателя и имеют скользящую связь

с ними, причем одна стойка выполнена жесткой, а другая упругой, и нажимную пружину прижимающую щетку к кол-( лектору одной половиной сегментного выреза, отличающийся тем,

с что, с целью повышения надежности и устойчивости контакта путем увеличения податливости щетки относительно коллектора, на рабочей поверхности (коллектора выполнены кольцевые выточки, контактные поверхности которых симметрично наклонены друг к другу, а часть контактной поверхности цилиндрических дисков щетки в зоне сегментного выреза выполнена скошенной та, ким образом, что наклон поверхности скошенной части контактной поверхности дисков соответствует наклону контактных поверхностей кольцевых выточек коллектора.

Ю

Фиг. 2.

Фиг.Ъ

Фиг.б

6-5

ЛГ

Фиг А 4,-Af

Фиг. 5

ArAt

Фиг. 7

Фиг. в

Фиг. 9