Устройство для передачи электрических сигналов от вращающегося объекта на неподвижный Советский патент 1982 года по МПК H01R39/28 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГМАЛОВ ОТ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА НА НЕПОДВИЖНЫЙ 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи малых значений ЭДС от вращающегося объекта на неподвижный при высоких скоростях вращения в широком диапазоне скорости изменения температуры обоих объек- 5 тов и при постоянно действующих знакопеременных механических усилиях, направленных как по оси вращения, так и по осям, перпендикулярным оси вращения вращающегося объекта.,Q

Известно устройство для передачи электрических сигналов от вращающегося объекта на неподвижный, содержащее концентрично расположенные жесткие токопроводящие кольца, между которыми установлены 15 с напряжением токопроводящие упругие кольца, внутри которых расположены с зазором жесткие ограничительные кольца I.

Недостатком устройства является то, что необходимая суммарная площадь элект- 2о рического контакта достигается установкой с н-апряжением и постоянной деформацией упругих токопроводящих элементов (колец). Это обуславливает ненадежность устройства так как выход из строя хотя бы одного из

упругих элементов влияет на качество передачи электрических сигналов.

Кроме того, наличие постоянно деформированных элементов ограничивает возможность использования устройства даже при относительно невысоких (до 100 об/мин) скоростях вращения вращающегося объекта из-за недолговечности конструкции, так как вследствие усталости материала упругий элемент разрущится.

Известно также устройство для передачи электрических сигналов от вращающегося объекта на неподвижный, содержащее концентрически расположенные жесткие токопроводящие кольца и размещенное между ними упругое кольцо. Между упругим и одним из жестких колец установлены с напряжением тела качения, а между упругими и другим жестким кольцом размещена токопроводящая гофрированная лента 2.

Устройство характеризуется описанными выще недостатками.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для передачи электрической энергии от неподвижного объекта на вращающийся, содержащее роликовый радиальный подщипник качения, обоймы которого электрически связаны с этими объектами при помощи тоководов и цилиндрических контактных элементов, расположенных на цилиндрической поверхности подшипника, а изоляционные прокладки, обеспечивающие также механическую связь обойм подщипника с объектами, выполнены в форме цилиндрических втулок и расположены между контактными элементами и объектами.

Передача электрического сигнала по цени одной фазы источника ничания от неподвижного объекта на вращающийся осущестляется при помощи токоподводящего проводника, подсоединенного к клемме цилиндрического контактного элемента, расположенного на цилиндрической поверхности неподвижной обоймы подшипника, собственно неподвижной обоймы подшипника (наружной или внутренней в зависимости от связи с объектом), суммарного контакта поверхностей беговых дорожек обеих обойм подшипника с поверхностями тел качения (роликами), другой, вращающейся обоймы подшипника, цилиндрического контактного элемента, расположенного на цилиндрической поверхности вращающейся обоймы подшипника, к клемме которого подсоединен токоотводящий проводник, связанный с вращающимся объектом.

При этом надежность и постоянство электрического контакта поверхностей беговых дорожек обеих обойм подщипника с поверхностями тел качения (роликами), необходимого для передачи электрической энергии, обеспечивается наличием достаточного количества тел качения (роликов) подщипника. Кроме того, применение в качестве рабочего элемента радиального роликового подшипника качення позволяет использовать токопередающее устройство для передачи электрической энергии от неподвижного объекта на вращающийся при высоких скоростях вращения. Конструктивное исполнение (отсутствие нагруженных или сдеформированных деталей) обеспечивает достаточную надежность и необходимую долговечность устройства 3.

Однако из-за непредусмотренной конструкцией возможности резкого изменения геометрических размеров деталей устройства, вызванного изменением температуры каждого из объектов, происходит либо потеря надежного электрического контакта цилиндрических контактных элементов с цилиндрической поверхностью обойм подщипника, либо возникновение значительного напряженного состояния в отдельных деталях устройства, либо то и другое вместе, что зависит от скорости изменения температуры обоих объектов (или одного из них) и приводит к ухудшению условий передачи электрических сигналов и преждевременному износу деталей устройства.

Другим недостатком устройства является отсутствие необходимых степеней свободы

конструкции, так как одновременное знакопеременное перемещение или поворот одногв из объектов относительно другого вызывает ужесточение условий работы дета-лей роликового радиального подшипника и его преждевременный износ вследствие нерасчетных условий эксплуатации роликового радиального подщипника качения.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства в широком диапазоне скоростей изменения температуры обоих объектов за счет увеличения количества степеней свободы конструкции при одновременном расщирении области применения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для передачи электрических сигналов от вращающегося объекта на неподвижный, содержащее радиальный подщипник качения, механически связанный своими обоймами с объектами и электрически связанный обоймами с объектами через цилиндрические контактные элементы, отделенные от объектов изоляционными втулками, снабжено прижимным элементом в виде цилиндрических спиральных пружин, которые размещены между направляющими конусами, которые выполнены на цилиндрических контактных элементах, и изоляционными втулками, которые выполнены из термоустойчивого материала, снабжены термокомпенсационными зазорами по образующей поверхности и имеют углубления для фиксации пружин прижимного элемента, а радиальный

0 подшипник качения выполнен шариковым многорядным.

На фиг. 1 представлено устройство, поперечный разрез; на фиг. 2 показан вид по стрелке А на фиг. 1.

Устройство для передачи ЭДС термопары от вращающегося объекта (в данном случае вала) на измерительный прибор по одной фазе электрической цепи содержит шариковый многорядный радиальный подшипник I качения, между внутренней обоймой 2

0 подщипника и валом 3 распсЛюжены цилиндрический контактный элемент 4, токовод 5, прижимное устройство 6 и термоизоляционная втулка 7, между наружной обоймой 8 поди1ипника и неподвижным объектом 9 расположены цилиндрический контактный элемент 10, токовод 11, прижимное устройство в виде цилиндрических спиральных пружин 12 и термоизоляционная втулка 13, на поверхности вала 3 укреплена термопара 14, которая при помощи компенсационных проводов 15 и 16 подключена к измерительному прибору. В термоизоляционных втулках 7 и 13, выполненных из термоустойчивого материала, имеются специальные углубления 17 для фиксации пружин 6 и 12, на поверхностях цилиндрических контактных элементов 4 и 10 укреплены направляющие конуса 18. Втулки 7 снабжены термокомпенсационными зазорами 19 по образующей поверхности (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

ЭДС термопары 14 по компенсационному проводу 15 подводится на токовод 5 и через контактный элемент 4 попадает на внутреннюю (Б данном случае вращающуюся) обойму 2 подщипника 1. Далее через суммарный контакт щариков с беговыми дорожками обойм подшипника ЭДС термопары передается на наружную (неподвижную) обойму 8 подшипника, откуда при помощи конт актного элемента 10, токовода 11 и компенсационного провода 16, передается на измерительный прибор.

Термоизоляционные втулки, выполненные в данном случае из пористого керамического материала, обеспечивают надежную термо- и электроизоляцию деталей устройства.

При необходимости использования токопередающего устройства для передачи электрических сигналов при малых значениях ЭДС (термометрирование или тензометрирование вращающихся объектов) в условиях либо высоких значений температуры нагрева вращающегося объекта в течение длительного времени, либо постоянно действующих знакопеременных с большой частотой изменения - изгибе вращающегося образца при испытаниях материалов на усталость, механических усилиях, вызывающих перемещение (поворот) вращающегося объекта (в данном случае вала) относительно неподвижного, для увеличения надежности можно оборудовать устройство охлаждающими элементами, например соплом для подачи сжатого воздуха;изменить параметры прижимного устройства, наЛример количество, упругость, форму и т.д. пружин; выполнить цилиндрические контактные элементы с разрезами; оборудовать устройство специальными ограничительными упорами по торцовым поверхностям конструкции.

Термоизоляционные втулки, размещенные между цилиндрическими контактными элементами радиального подшипника и объектами, обеспечивают работоспособность устройства в щироком диапазоне скорости изменения температуры обоих объектов (или одного из них) благодаря наличию термокомпенсационных зазоров.

Применение прижимного устройства, выполненного в виде цилиндрических спиральных пружин, размещенных между термоизоляционными втулками и цилиндрическими контактными элементами, обеспечивает необходимое контактное давление для осуществления надежных (механической и электрической) связей обойм подшипника с обоими объектами.

Кроме того, наличие специальных углублений в термоизоляционных втулках и направляющих конусов на цилиндрических контактных элементах, а также располржение цилиндрических спиральных пружин прижимного устройства обеспечивают возможность знакопеременною перомощения олногс; объекта относительно другого как .ю оси вращения вращающегося объекта, T;IK и по осям, перпендикулярным ей в диапазонах, определяемых как размерами, формой, кол1 чеством и упругостью спиральных пружин прижимного устройства, так и размерами всего токопередающего устройства в целом. Использование в качестве радиального подшипника качения шарикового многорядного подщипника увеличивает количество

степеней свободы устройства, что обеспечивает возможность его применения в условиях, допускающих изменение взаимного положения одного объекта от.носительно другого (поворота) вокруг осей, перпендикулярных оси вращения вращающегося объекта, при одновременном сохранении достаточной суммарной площади электрического контакта поверхностей беговых дорожек обойм шарикоподшипника с поверхностями тел качения (шариками).

Следствием всего вышеперечисленного является повышение надежности в широком диапазоне скорости изменения температуры обоих объектов, увеличение количества степеней свободы конструкции при одновременном расширении области применения токопередающего устройства. Побочным эффектом является обеспечение стабильности условий передачи электрических сигналов при малых значениях ЭДС в щироком диапазоне скоростей вращения при одновременном увеличении надежности и уменьшении стоимости (отпадает необходимость в позолоте) конструкции токопередающего устройства. ,

Формула изобретения

Устройство для передачи электрических сигналов от вращающегося объекта на неподвижный, содержащее радиальный подшипник качения, механически связанным своими обойма.ми с этими объектами и электрически связанный обоймами с объектами через цилиндрические контактные элементы, отделенные от объектов изоляционными втулками, отличающееся тем, что, с целью

повыщения надежности работы устройства в щироком диапазоне скоростей изменения температуры обоих объектов за счет увеличения количества степеней свободы конструкции при одновременном расширении области

применения, оно снабжено прижимным элементом в виде цилиндрических спиральных пружин, которые размещены между направляющими конусами, которые выполнены на цилиндрических контактных элементах, и изоляционными втулками, которые вы полйены из термоустойчивого материала, снабжены термокомпенсационными зазорами по образующей поверхности и имеют углубления для фиксации пружин прижимного

элемента, а радиальный подшипник качения выполнен шариковым многорядным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 355703, кл. Н 01 R, 39/00, 1968.

2 Авторское свидетельство СССР № 485518, кл. Н 01 R 39/28, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2868665/24-07, кл. Н 01 R 39/00, 1980 (прототип).

S 13 12 fo 1 г 4 6 7

I I .1 11 I