Токосъемное устройство Советский патент 1979 года по МПК H01R39/18 

1

Изобретение относится к конструкциям токосъемных устройств для передачи электрических сигналов от неподвижного объекта к вращающемуся и наоборот при тензометрии вращающихся деталей машин.

Известны контактные токосъемные устройства, применяемые в практике тензометрирования вращающихся деталей машин, которые размещаются на полом валу и выполнены в виде статорных и роторных секций отдельных каналов, разделенных изолирующими кольцами. Каждый из каналов снабжен парой взаимодействующих между собой контактных элементов, из которых вращающимся контактным элементом является латунное кольцо, посаженное на вал через изоляционную втулку, а неподвижным контактным элементом служит бронзовая контактная кольцевая пластина, рассеченная в радиальном направлении на лепестки. В процессе снятия электрических сигналов с объектов, расположенных на вращающемся валу (например, теизодатчиков), лепестки контактных пластин скользят по наружной поверхности контактных латунных колец. Для обеспечения непрерывности контакта в этом устройстве блок статорных секций, несущий контактные пластины, подпружинен по отношению к блоку роторных секций с помощью специального устройства 1. Известные токосъемные устройства относительно просты по конструкции, дешевы, однако у них трудно достичь равномерного и постоянного прижатия контактных лепестков к контактным кольцам. Эта причина, а также сильное влияние на их переходное сопротивление пленок окисей в зоне контакта обусловливает непостоянство переходного

сопротивления в таких токосъемных устройствах, кроме того, существенным их недостатком является небольшой срок службы контактных пластин. Известны также конструкции контактных

токосъемных устройств, в которых съем электрического сигнала с вращающегося кольца производится с помощью натянутой металлической струны, охватывающей это кольцо 2. Конструктивно устройство выполнено в виде блока статорных и роторных секций, смонтированных на полом валу и во фланцах, установленных на этом валу на подшипниках качения. Устройство содержит систему контактных и изолирующих колец, соответствующее количество струн, а также систему прижима струн к контактным кольцам.

Такое токосъемное устройство не обеспечивает достаточной стабильности переходного сопротивления из-за трудности создания постоянства силы прижатия струны к контактному кольцу по дуге обхвата. На постоянство переходного сопротивления в значительной мере влияют радиальные и торцовые биения кольцевых поверхностей контактных колец, что обусловливает высокие требования к точности изготовления и сборки токосъемника. Контактные элементы (струны и кольца) быстро изнашиваются, это не позволяет использовать устройство при больших скоростях враш.ения валов и снижает возможности его применения. Недостатком известного токосъемного устройства является также низкая надежность, так как на каждом из каналов токосъем обеспечивается только одной струной, а при ослаблении контакта струны с контактным кольцом токосъемное устройство становится практически неработоспособным.

Цель изобретения - повышение стабильности переходного сопротивления, надежности и увеличение срока службы контактных элементов, расширение возможностей применения и снижение требований к точности изготовления токосъемиого устройства при использовании его в электрических цепях тензометрических измерений враш,аюш,ихся деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном токосъемном устройстве промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токопроводящих пружин, один конец каждой из которых жестко закреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образует скользяший контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы. В таком случае токосъем достигается только для одного из направлений вращения ваЛа.

Кроме того, с целью обеспечения токосъема при реверсивном вращении вала, между контактным кольцом роторной системы и контактным кольцом статорной системы установлено промежуточное контактное кольцо, с внутренней поверхностью которого контактируют свободные концы токопроводящих пружин, токопроводящие пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы, а на наружной поверхности указанного промежуточного кольца укреплены токопроводящие пружины, спирально завернутые против часовой стрелки, свободные концы которых контактируют с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы. На каждом из контактных колец вала может быть установлено несколько пружинных контактных элементов (лучше всего три), расположенных в плоскости поперечпого сечения вала с равным шагом, определяемого направлением завертывания пружин в спираль. Промежуточное контактное кольцо может быть плавающим, а также его можно разместить соосно с валом на подшипниках. Пружинные контактные элементы могут быть изготовлены из 5 любого пружинного сплава с покрытием (медь, серебро и др.), а также могут быть выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружинящих проволочек. С целью обеспечения смазки трущихся контактирующих поверхностей, внутренние рабочие поверхности контактных колец футерованы токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

На фиг. 1 и 2 изображено токосъемное 5 устройство для случая его применения при одностороннем вращении вала.

На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный объектом измерения, через изолирующее кольцо 0 3 посажено контактное кольцо 4, соединенное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплепы одним концом три токопроводящие пружины 5, расположенные на кольце 4 с равным шагом. Пружины 5 спи5 рально завернуты таким образом, что их свободные концы находятся на внутренней поверхности контактного кольца 6 статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с 0 проводником 7, расположенным на невращающемся объекте.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

При вращении вала в сторону, противо5 положную направлению завертывания контактных пружинных элементов в спираль, контактные пружинные элементы вращаются вместе с валом, а свободные их концы контактируют по дуге окружности на внут0 ренней поверхности неподвижного кольца, в результате этого обеспечиваются подвижный контакт между спирально завернутыми пружинными контактными элементами и контактным кольцом статорной системы, 5 и передача электрического сигнала от неподвижного объекта к вращающемуся и наоборот.

На фиг. 3 и 4 иллюстрируется схема токосъемного устройства для случая его при0 менения при реверсивном вращении вала. На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный с объектом измерения, через изолирующее кольцо 3 посажено контактное кольцо 4, соеди5 ненное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплены одним концом три токопроводящие пружины (контактные элементы) 5 первой ступени, расположенные на кольце 4 с равным шагом. Пружины 5 0 спирально завернуты, например, по часовой стрелке таким образом, что их свободные концы находятся на внутренней поверхности промежуточного кольца 8, установленного в промежутке между кольцом 4 и контактным кольцом 6 статорной системы, размещенным в корпусе токосъемника. К наружной поверхности промежуточного контактного кольца 8 прикреплены одним концом три пластинчатые. пружины (контактные элементы) 9 второй ступени, расположенные на кольце 8 с равным шагом. Пружины 9 спирально завернуты в направлении, противоположном направлению завертывания пружин 5, таким образом, что их свободные концы располагаются на внутренней поверхности контактного кольца 6 статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с проводником 7, расположенным на неподвижном объекте.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

Пои вращении вала 1 против часовой стрелки (см. фиг. 3) вместе с расположенным на нем проводником 2, вращаются пружинные контактные элементы первой ступени. Свободные концы пружин 5, прижимяясь на определенной площади к внутренней поверхности промежуточного кольца 8, скользят по этому кольцу, цередавая на него электрический сигнал с проводника 2. При таком направлении вращения вала кольцо В остается неподвижным вследствие того, что направление завертывания пружинных контактных элементов второй ступени, прикрепленных к кольцу 8, совпадает с направлением вращения вала; в этом случае увеличивается усилие прижатия концов пружинных контактных элементов второй ступени к внутренней поверхности кольца 6 и силами трения они застопариваются в кольце 6, оставляя неподвижным и кольцо 8. Из кольца 8 через пружины 9 электрический сигнал попадет на колыю 6 токосъемника, а затем на проводник 7.

Если вал 1 вращается по часовой стрелке (см. фиг. 3), пружинные контактные элементы первой ступени застопариваются р. поомежуточном кольце 8 силами трения, вращая это кольцо. Кольцо 8, вращаясь, увлекает за собой пружинные контактные элементы второй ступени, которые создают скользящий контакт по внутренней поверхности кольца 6 токосъемника. Этот контакт обеспечивает передачу электрического сигнала с вращающегося проводника 2 на неподвижный проводник 7.

На фиг. 5 и 6 приведен пример конкретного конструктивного выполнения трехканального токосъемного устройства, разработанного по устройству, изображенному на фиг. 3 и 4. Устройство содержит полый вал 1, фланцы 10 и 11, установленные на валу 1 на подщипниках 12 и 13 скольжения, систему изолирующих колец 3 вала, систему контактных колец 4 вала, к которым подсоединены проводники 2, идущие к объекту измерения. Промежуточные контактные кольца 8 смонтированы в виде

блока через изолирующие канальные перегородки 14 в цилиндре 15, изготовленном из изоляционного материала. Цилиндр 15 установлен на подщипниках 16 качения соосно с валом 1. Подщипники качения установлены во фланцах 10 и 11. Пружинные контактные элементы иервой ступени (в каждом канале по три щтуки) прикреплены одним концом к кольцу 4, а другим концом спирально завернуты по часовой стрелке, контактируя с промежуточным контактным кольцом 8. На цилиндре 15 против колец 8 с щагом 120° просверлены отверстия с продолжением сверления в кольце 8, а в

отверстиях нарезана резьба. Посредством этих отверстий к цилиндру 15 винтами ирикреплены концы пружинных контактных элементов второй ступени, спирально завернутые против часовой стрелки, и контактирующие контактные кольца 6 статорной системы. Контактные кольца 6 установлены во фланцах 10 и 11 посредством двух изолирующих втулок 17 и двух изолирующих колец 18. На кольцах 6 прикреплены

клеммы 19, к которым присоединены проводники 7. В осевом направлении подвин ;ные элементы конструкции зафиксированы стопорным кольцом 20. Токосъемное устройство защищено надетым на фланцы 10

и И корпусом 21, который зафиксирован винтами 22. Прул инные контактные элементы изготовлены в виде полосок толщиной 0,1-0,15 мм из берилевой бронзы или могут быть набраНы в виде плоского пучка

(щетки) из пружинных проволок диаметром 0,2 мм, покрытых слоем серебра (см. фиг. 7).

Внутренние поверхности контактных колец 8 и 6 футерованы токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

Благодаря больщому суммарному углу контакта (около 360°) иружинных контактных элементов и контактных колец, а также в связи с обесиечением равномерной силы прижатия пружинных контактных элементов к контактным кольцам и равномерной силы прижатия пружинных контактных элементов к рабочим поверхностям контактных колец за счет спирального завертывания пружинных контактных элементов, данное токосъемное устройство имеет высокую стабильность переходного сопротивления. При этом не требуется сравнительно

больщих усилий пружинных контактных элементов к контактным кольцам, вследствие этого иотери на трение в зоне подвижного контакта небольщие, что обусловливает возможность применения цредлагаемого токосъемного устройства при больщой частоте вращения вала без опасности возникновения перегрева и потери стабильности переходного сопротивления, а также позволяет увеличить срок службы пружинных контактных элементов. Долговечности

пружинных контактных элементов способствует то, что подвижный контакт каждого из каналов данного токосъемного устройства осуществляется за счет нескольких таких элементов, в результате этого повышается также его надежность. Применение контактных колец, футерованных токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами, позволяет расширить возможности данного токосъемного устройства в отношении верхнего предела скоростей вращения за счет уменьшения потерь на трение в подвижном контакте, а также увеличить срок службы пружинных контактных элементов. За счет применения в данном токосъемном устройстве пружинных контактных элементов, изготовленных в виде плоской щетки, набранной из отдельных пружинных проволочек, достигается цель повышения долговечности и надежности, так как в таком случае силы прижатия свободных концов проволок к контактным кольцам невелики и суммарные потери на трение также небольшие, а выход из контакта одной или нескольких проволок одной из щеток не сказывается на стабильности переходного сопротивления.

Применение в данном токосъемном устройстве скользящего контакта за счет спирально завернутых прзжинных контактных элементов, имеющих возможность самоустанавливаться, позволяет снизить требования к точности изготовления и сборки токосъемного устройства, например к соосности контактных колец и вала, к точности формы рабочих поверхностей контактных колец.

Формула изобретения

I. Токосъемное устройство для передачи электрических сигналов от неподвижных объектов к вращающимся, содержащее корпус с размещенным в нем вращающимся валом с расположенной на нем роторной системой контактных и изолирующих колец и статорной системой с соответствующими контактными и изолирующими кольцами и промежуточные контактные элементы, отличающееся тем, что, с целью повыщения стабильности переходного сопротивления, надежности и долговечности

контактных элементов, расширения возможности применения, промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токопроводящих пружин, один конец каждой из которых жестко укреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образует скользящий контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что, с целью обеспечения токосъема при реверсивном вращении вала, между контактным кольцом роторной системы и

контактным кольцом статорной системы установлено промежуточное контактное кольцо, с внутренней поверхностью которого контактируют свободные концы токопроводящих пружин, токопроводящие

пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы, а на наружной поверхности указанного промежуточного кольца закреплены токопроводящие пружины, спирально завернутые против часовой стрелки, свободные концы которых контактируют с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что спирально завернутые токопроводящие пружины выполнены в виде пластин.

4.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что спирально завернутые

токопроводящие пружины выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружинящих проволочек.

5.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что внутренние поверхности

контактных колец покрыты токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство

СССР NO 98941, кл. Н OIR 39/18, 1953. 2. Лихачев В. С. Испытание тракторов. М., Мащгиз, 1963, с. 127.

1риг.1

соиг. 3

Т

ИМ

7///////7///Л

В 5 Ч

е 8

21