Вращающееся контактное устройство

 

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО , содержащее корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводящие кольца, концентрично им расположенные неподвижные токопроводяп1ие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса, в радиальньтх зазорах между кольцами установлены с радиальными натягом упругие токспроводящие кольца и сепараторы упругих токопроводящих колец , отли 1ающееся тем, что, с целью повьтения его надежности и уменьшения габаритных размеров, каждьй из сепараторов вьтолнен в виде набора кареток, каждая из которых содержит пару первых роликов и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов, при этом первые ролики контактируют с упругими токопроводящими кольцами, вторые - с поверхностями подвижных и неподвижных токопроводя1дих колец, диаметры вторых роликов больше диаметров первых и меньше радиального зазора между КЛ подвижными ТОКОПрОВОДЯЩИМИ КОЛЬ цами. 18 ф(/г. 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1

)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3533375/24-07 (22) 06.01.83 (46) 07.05.84. Бюл. У 17 (72) В.С. Сологуб, С.А. Савенко, В,В, Колесник, Б»Е, Наринский и В.В. Склярский (53) 621.3.047(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 562026, кл. Н 01 Р 39/28, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 660132, кл. Н OI R 39/28, 1977 (прототип) . (54)(57) ВРАЩАЮЩЕЕСЯ КОНТАКТНОЕ УСТР0АСТВ0, содержащее корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводящие кольца, концентрично им расположенные неподвижные токопроводящие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса, в радиальных зазорах

„,SU„„1091266

3(50 Н 01 R 39/28 между кольцаж установлены с радиальными натягом упругие токопроводящие кольца и сепараторы упругих токопроводящих колец, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и уменьшения габаритных размеров, кащ ьп из сепараторов выполнен в виде набора кареток, каждая из которых содержит пару первых роликов и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов, при этом первые ролики контактируют с упругими токопроводящими кольцами, вторые — с поверхностями подвижных и неподвижных токопроводящих колец, диаметры вторых роликов больше диаметров первых и С» меньше радиального зазора между . подвижными токопроводящими кольцами.

1 109)2

Изобретение относится к электрстехнике и может быть использовано для передачи сигналов в системах судовождения и навигации.

Известно вращающееся контактное устройство {ВКУ), содержащее корпус, ротор, расположенное в роторе подвижное контактное кольцо, концентричное ему неподвижное контактное кольцо, укрепленное внутри корпуса, в ра- - 10 диальном зазоре между кольцами установлены упругие контакты, тела качения и сепараторы тел качения fl), Однако в процессе трения упругих контактов о подвижное и неподвижное контактные кольца наблюдается их быстрый износ, что приводит к снижению надежности в рабоге ВКУ. К недостат-. кам также относятся большие габариты по оси ВКУ в случае сборки в пакет контактных пар, образованных упругими контактами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является вращающееся контактное устройство, содержащее коРпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводящие кол— ца, концетрично им расположенные неподвижные токопроводящие кольца, ук-. репленные в пакете внутри корпуса, в радиальных зазорах между кольцами установлены с радиальным натягом упругие токопроводящие кольца и сепа-раторы упругих токонроводящях колеи„.

Упругие токопроводящие кольца снабжены валами, ступицами и эластичными дисками, установленными внутри упругих токопроводящих колец, а валы жестко закреплены на сепараторе и установлены со свободой вращения ог-. носительно ступиц, сепаратор установлен со свободой вращения относительно оси (2j.

Известное ВКУ позволяет избежать

3 / трения скольжения между контактными кольцами, однако оно не обеспечивает уменьшения габаритных размеров цо оси ВКУ при сборке в пакет нескольких контактных пар содержащих упругие

Э

3" 0 токопроводящие кольца. Кроме того, оно характеризуется низкой надежностью в работе, обусловленной перекосом сепараторов относительно упругих токопроводящих колец, что приводит к уменьшению коэффициента перекрыти (отношения площади фактического контакта к площади контакта, полученного при отсутствии этих "перекосов).

66 2

При сборке в пакет неско11ьких контактных пар с целью обеспечения возможности независимого от ротора и корпуса вращения сепараторов необходимо устанавливать силовые проклад-, ки между кольцами (упоры), укрепленными в пакете внутри корпуса, и обеспечивать с помощью буртиков, выполненных на поверхности ротора, исключение осевых перемещений сепараторов при сохранении возможности их вращения

orIiorvreziBIIo ротора. Все в целом не дает возможности 110BblcHTb надежность работы ВКУ и уменьшить его габаритные размеры по оси, Цель изобретения — повып1ение надежности в.работе и уменьшение габаВ I:,. 1", I IСХ 1 ) а Э;; e rl О Д . 1остав1те1И1ая цель достигается тем, - о во вращающемся контактном устройстве, содержа1яем корпус, ротор, собранные в роторе в пакет подвижные токопроводящие кольца, концентрично им расположенные неподвижные токопроводящие кольца„ укрепленные в пакете внутри корпуса,, в радиальных зазорах между кольцами установлены с радиальж1м натягом упругие токопроводящие кольца и сепараторы упругих токопроводящих колец,, каждый из сепараторов

BI.li1oIiнен в виде набора кареток, каж" рая из кот рых содержит пару первых роликов и усгановленную с ними в од-:.i3If плоскости пар вторь1х

:три этом первые ролики контактируют с упругими токопроводящими кольцами, а -.:.rîðBIe — с поверхностями подвиж1Л!-:. и НЕПОДВИЖНЫХ ТGI(OIIPOBOgHIIlHX КОл;.::i. диаметры вторых роликов больше диаметров первых и меньше радиального -.:;азора между подвижными и неподв:,шными токопроводящими кольцами.

".".акая кс яструхцил пОзволяет разместить в прсмежутках между первыми рсликами двух смежных кареток упругие тскопроводящие кольца, не выходя телом ..епаратора эа их осевой габарит, и Обеспечивает опирание каждой пары вторых роликов О подвижные и неподв1:жнь|е кольца и перемещение кареток по дугам Окружности с центром на оси

ВКУ. Таким Обгазом обеспечиваются

m;"-., — iêöIIè сепаратора, состоящие в под, тевжании упвугих токопроводя1цих кОле 1 на заданных расстояниях друг от друга с целью предупреждения их взаимного трения.

Наличие пары вторых роликов позволяет исключить трение сепараторов

109!266 4 о поверхности подвижнъ х и неподвижных колец. Благодаря выполнению каждого из сепараторов в виде набора кареток исключаются перекосы сепараторов относительно упругих токопроводящих колец (вследствие того., что исключается необходимость центровки сепараторов относительно оси ВКУ), поэтому коэффициент перекрытия контактов в предлагаемом устройстве превышает ко- 10 эффициент перекрытия контактов в прототипе ориентировочно на 10-207, в связи с чем уменьшается переходное сопротивление, улучшается развязка между каналами и упрощается конструк- 15 ция средств. обеспечивающих развязку.

Кроме того, упрощается сборка пакета ввиду исключения необходимости установки силовых прокладок между кольцами. (упоры), Последнее качество осо-20 бенно важно, так как позволяет уменьшить осевой габарит ВКУ без ухудшения развязки между каналами по сравнению с устройством-прототипом.

В устройстве диаметры вторых роли-2 ков больше диаметров первых, что исключает трение первых роликов о поверхности подвижных и неподвижных колец при обеспечении качения по ним упругих токопроводящих колец, в ре- 30 зультате чего повышается надежность в работе ВКУ.

Так как диаметры вторых роликов меньше радиального зазора между подвижными и неподвижными кольцами, то неравномерность в распределении контактных усилий между упругими токопроводящими кольцами, обусловленная биением контактных поверхностей колец, соединенных с ротором, относительно 40 контактных поверхностей колец, соеди. ненных с корпусом исключается.

На фиг. 1 показано ВКУ, разрез по оси симметрии; на фиг. 2 — то же, вид в плане; на фиг. 3 — одна из ка- 45 реток сепаратора, находящаяся в контакте с упругими токопроводящими кольцами; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Вращающееся контактное устройство 0 содержит корпус 1, ротор 2, собранные в роторе пакет 3 подвижные токопроводящие кольца 4, концентрично им расположенные неподвижные 5 токопроводящие кольца, укрепленные в пакете внутри корпуса I. В радиальных зазорах между подвижными 4 и неподвижными 5 кольцами с радиальным натягом установлены упругие токопроводящие кольца 6 и сепараторы 7 упругих токо-, проводящих колец, установленные с радиальньтм зазором 8 по отношению к подвижным и неподвижным кольцам. Каждый иэ сепараторов выполнен в виде набора кареток 9, каждая иэ которых содержит пару первых роликов 10 и установленную с ними в одной плоскости пару вторых роликов 11. Ролики установлены на трубчатых осях 1? с возможностью свободного вращения. В отверстия трубчатых осей и щек 13 кареток введены заклепки 14, которые после образования их замыкающих головок

15 обеспечивают сборку кареток в законченный узел. Первые ролики контакI тируют с упругими токопроводящими кольцами 6, а вторые — с поверхностями подвижных 4 и неподвижных 5 токопроводящих колец, Диаметры вторых роликов 11 больше диаметров первых роликов 10 и меньше радиального зазора между подвижными.

4 и неподвижными 5 кольцами.

В подвижных кольцах 5 выполнены пазы 16 а сами кольца укреплены в пакете внутри корпуса I с помощью стяжных шпилек 17. Токопроводящие упругие кольца 6 введены в зазор между подвижными 4 и неподвижными 5 кольцами. Между изоляционными прокладками 18 в пакете подвижных колец 5 корпуса I установлены дистанционные втулки 19 высоты а которых больше толщины б неподвижных колец 5, входящих в промежуток по оси ВКУ между соответствующими изоляционными прокладками 18 с возможностью радиальных перемещений неподвижных колец 5, Пазы в неподвижных кольцах 5 выполнены в виде отверстий, диаметры которых больше диаметров дистанционных втулок !9 на величину зазора в. Дистанционные втулки собраны в пакет вместе с изоляционными прокладками 18 с помощью шпилек 17. Одно из отверстий каждого из неподвижных колец выполнено в виде эллипсного паза 20,меньший диаметр которого равен наружному диаметру дистанционной втулки 19 и сопряжен с этим диаметром по классной посадке, а больший диаметр больше диаметра дистанционной втулкина величину зазора в и направлен по радиусу неподвижного кольца 5. Благодаря этому исключается тангенциальная составляющая перемещений неподвижных колец, укрепленных внутри,а. пус: при рабоче устройства, Устройство рабатга г елc-,,-у;ощ-тм аб-разом.

При KoHTGKTHDQB attHt! -.Капрала,-гэт,т .-. упругих колец 6 с подвижками 4 и подвижньтьfH 5 токопроводящкмк ка-сьцами создаются контактнь е усгтг .-тя,. Т,: к как усилие контактированкя каядога !j токаправодящего коп-.;т-,,а загкскт от ег; прогиба, отнесенного к ега дкамет, у (при одинаковых прочих физических к геометрических факторах), та большему значению прогкба такопрсэваягсеге кольца (возникшему вследствие би-"..::»tÿ контактной поверхьтастк кольца, ссре,;. т неьптого с po Topot t., Oттта-.к»с tt !-, тгКтиай ПОВЕРХНОС ттт КС;Лвдст. С, HОГО с кО)эпусОм j с с!C1тг! ет"..т." шее значение - сгсгптя. !;Oэ!t:ñ "!:.: на неподвижное тсоттт цст. т. е „кс.л " > „ соединенное с карп- r:о»1,, а tor!;0»t;:с .. будет перемещаться г, радкальттом т вправлении н сторацу a t.ot n ус.к,:"-тя „Л результате такс гo церемеще-пэя мес;-ты;"зазор между падвкясным 4 i» неподн;..::ньг.:

5 кольцом будет уг,елкчивг ься до ех пор пока усилия всех токо; ро адт,,чх колец не выравняют с.я .,Ожпу собсатт образованием скстс;;.,:.. < т.. р"i.-в.»"п.аде е вующая которой рав,:.г пу,т е, г ме-:т-. зазоры меэкцу погсвгтя .тьгм -. -тс.т сэдвкя т кОльцами не в tp,"tзттяю-. -с --,r! r;.i!,:.", r! ;.а э-,-.ГО ЗНаЧЕНИя, НО т;.К Кгтг «с „.П;ЭКО:;Ь»:

ЗНаЧЕНКЯМ Зава)Эа МЕ;.".„ „ :"! "ЛП Kr»!, - t(!;»i. соответствуют ад-птгкo.,...tr прoi.кб:=. ругкх токапрово, „-т»цл-...;0 :. ц лия контактираван:... т э .;. =-, : г; ..-е;.

ПОСтОЯННОй ВЕ ти .":.СЫ Д. :Я ;C. .Õ гр-., колец. Этим абеспе-. .цэ;. »::;- к".,: 1 неравномернсэс.тк в р-. с —.—.р" т-;.!tñ|тт.,т-: сс; г-. тактных устллщ м:-. -;; —, .,0 т..ттгмт1, ловленной биением ;;с:ю акт;с " .;а-,:: — :.,:::.

НОСТИ КОЛЕЦ COOñòÊÍÑï,тЫ,". C эсЭ "0 0", . относительно канта:. Ttt::-,!. õ«: п :0 ROD!."!toe е. - t колец, саедиьтетсттьтх с;-ар.- усо !.

Прк враше-гткт.т ро: .эра 2 г;ратин -!-.. аной стрелки падвттжттьi .со... ьтта 4, ссо-".:;.;,H"

НЕННЬтЕ C НтЛ, таКжЕ б,сдут «. ргт»гтт„;я против часа,эой стрелки, =. ролик.:.: б:-:и-..-"-

mего диаметра t,âòottt:,0 тэ -: л.,;<тл ) ):.У-,т,, ВРашатЬСЯ ПО ЧаССЭНСтт» C t!:=,D!ro,. О, HOВРЕМЕННО ПЕРЕКа"ГЫВНЯС". ПО В!-.Ó ГРЕ-,!! tr! поверхности неподвижных колец 5 к наруэкнай лавер лепэс "»it гio ц -гя т тьпс "с01

4 при нргшенкк каpo:Toll:. c -;: гловой скоростьте, равной t(o!!0„. !Т!«. У1"э-Q", скОрОс т tt p0! ст1эа * э э у же сгопсэтт р т

Рс-.тап,, ГОЛККК МЕНЬШЕГО ДИаМЕтРа, :.,е,. и .pt!ûe ролики 10, находящиеся в контакте с упругими такопронодящими кольцамп 6, побуждают каретку, с которой соединены эти ролики, двигаться по окружности н том же направлении, в каком двигаются сами упругие токо-!!ро!oltj.mHå кольца 6. Так как послед:-ске вращаются вокруг своих осей по

-"псовой стрелке и одновременно центры

;пругих такопронодящих колец двигаются гсротив часовой стрелки со скорос-ью, в два раза меньшей скорости враг)ения ротора, то этим обеспечивается савпаденке углоных скоростей нращения каpeòîьс к упругих токоправадящих ко-.

Т:эк ",гк,гтьтаметры вторых роликов бат т„»::,ткаметрав первых роликов ! :, .с ..:....:.,0 т сопрккоснонения вторал .Ki H 1) с контактными понерх, 0;.тямк Ä;on,v!.»t;;-tnt 0 4 tt ttettogt!H!ttHOt o ка.сетт г;ервые ролики 10 не соприкаст-с.я с этими поверхностями и между раттг тсаьти !. паверхнастямк подвкя<ного цеттадвкясттаго колец имеют место заэарь1., Тгк кгк первые ролики 10 врашг»тася !Otcpyt своих асей против часа; вЂ:ай ".трелкк, находясь одновременно та сн-:;..::;;,=,c:". Контакте с упругими токо-,.ранадяши:.гтт кольцами 6, которые вра.каются па часовой стрелке, та при . спа.экк н-.лк.-тг я зазоров меясду поверх. ос.т. -мк t-.epãûõ роликов 10 и контакт"

:».»лк поверхностями подвижного 4 и ,;епацттк:;",нэт.о 5 колец трения первых

;.::..п с в 1: 0 эти контактные поверх.эаксхадкт„ несмотря на их -= -« ае пo отношению к ротору 2

",;,тч;. .:ратин часовой стрелки).

:." -: к .к". -at:0 выше, -тмеет место бие.--îH".ÿ-: -†.т;-:.ыьх поверхностей колец 4, .»00;э:;!tt:ппых = ра, Opot! 2. ОтносительKoHTæ;.:,Ных поверхностей колец 5, ::-0 диненных с корпусом 1. Изобретение

":-i.!Ht!ët.åT лишь исключить неранномерсOctг - в распределе контактньгх уси-тг между кольцами, но она не ставит ..:-.ред собой задачу исключить указанбкение, .так как для этого нотре:. ;пагьэсь эы высокая точность изготовкк» с0,005-0,0) мм) к изготовление

cTà!o бы практически неосущестнкУказанное бтлеттие практически

-., ажаетс=. н том, что радиальный заэ -";-.;ду подтэкжньгми и неподвижными

l,r! пьтсамн:,тсальцHMH саецинеттными с

-..э»ором, H кальцамк, с аедкненными с

7 1091 корпусом) изменяется ° Если бы диаметр вторых роликов 11 был бы равен номинальной величине этого зазора, то при контактировании вторых роликов с подвижными и неподвижными кольцами не обеспечивалась бы гарантированная деформация упругих токопроводящих колец 6 в тех пределах, которые обеспечивают их высокую долговечность и в то же время надежный электричес- 1п кий контакт их с подвижными и непод вижными кольцами.

В связи с этим диаметр вторых роликов ll меньше радиального зазора между подвижными 4 и неподвижными 5 кольцами. Но поскольку это так, то вторые ролики ll при работе ВКУ не будут постоянно контактировать с подвижным и неподвижным .кольпами и будут вращаться лить эпизодически. Та- 2О кое обстоятельство приводит к тому, что каретка 9 имеет некоторую свободу перемещений в направлении радиусов колец, а поэтому важно, чтобы при этих перемещениях не происходило ка- 25 сания первых роликов 10 о контактные поверхности подвижного 4 и неподвижного 5 колец (поскольку направления их вращения встречные), В связи с этим диаметры первых роликов 10 мень- Зо ше диаметров вторых роликов 11.

В известном и предлагаемом устрой ствах в зоне контактирования имеют место процессы схватывания, термического окисления и разрушения по35 верхностей контактирования, что приводит к образованию продуктов изнашивания в зоне контактирования и, со ответственно, к последующему увеличению электрического сопротивления и нарушению электрического контактирования.

Однако в предлагаемом устройстве процесс схватывания протекает в форме локальных изъятий материала покры45 тий с поверхности одного контакта с последующим переносом его на поверхность другого контакта и выкрашиванием 1осповидный износ). Необходимым условием для развития этого процесса является появление местных пластических деформаций при напряжениях, превосходящих предел упругости материала покрытий. Поскольку деформации в контактных парах предлагаемого устройства возникают при напряжениях, не превосходящих предела упругости, что обеспечивается соотношением 1/70 между толщиной и диаметром кольца при

266 8 его относительном сжатии менее 21, процесса схватывания по материалу контактных колец не происходит.

Термического Окисления контактов в устройстве не происходит до тех пор, пока они покрыты слоем электропроводящего материала (серебра), а после нарушения этого слоя протекают весь.— ма вяло.

Таким образом, ресурс работы устройства определяется прочностью электропроводящего покрытия (серебра), его адгезией к материалу контактных пар качения. Установлено, что прочность серебряного покрытия контактных пар качения обеспечивает ресурс работы свьппе 10 тыс. ч.

В связи с этим представляется возможность с помощью предлагаемого устройства обеспечить ресурс работы до 10 тыс. ч. против 600 ч у известных.

Продукты осповидного износа, образующиеся при трении качения, практически не нарушают изоляцию контактной пары качения от смежной с ним аналогичной контактной пары, так как этих продуктов образуется незначительное количество, а нагрев упругих токопроводящих колец от циклических нагружений в процессе деформирующего качения не превьппает 15-20ОС, т.е. значительно ниже температуры структурных превращений в материале колец, что. практически не изменяет упругие свойства последних при их циклических нагружениях в течение 10 тыс. ч.

Кроме того, достаточно низкая степень осповидного износа при качении колец устройства практически не уменьшает их линейных размеров по диаметру, т.е. практически не снижа" ется усилие контактирования их с подВижными и неподвижными KoHTBKTHbMH кольцами. Исключение неравномерности в распределении усилий и прогибов между упругими токопроводящими кольцами, вызванной неконцентричностью установки подвижных колец относительно неподвижных, обеспечивает. s сравнении с прототипом уменьшение этих усилий и прогибов ориентировочно на 50Õ, т.е. до того значения, которое необходимо для обеспечения заданного сцепления и переходного сопротивления между токопроводящнми кольцами и подвижными и неподвижными кои" тактными кольцами.!

266

-,Я Я

-,=-;1 (,! ! !

77 1

fpfjg 7

<Риг

ВНИКНИ Заказ 3 2i 0 Ту аж 591 Полписное

Филиал ХБП "Патент"., г.":.:.город,, ул,Проектная, 4

}Г)9

Благодаря этому отвад leò нсобхсви мость дополнительных натягAB упру."нх токопроводящих колец, треб лющая гарантированного натягB у п р уlг.оoг"о o токс-проводящего кольца 6, в случае пеб:!,а -гоприятного набегания допусков на эксцентриситет контактной поверхности подвижного кольца относител :по контактной поверхности неподвижпо; о кольца (фиг, 1 и 2). В свою очеведь„

1 уменьшение потребного натяга упругих такопроводящих колец в сравнении с про;о пном ориентировочно на 50% повьпрет их усталостную прочность до

С 0 циклов нагружсний, а при частоте вращения 60 об/MHH обеспечивает ре=ypc )0 тыс. ч. Изобретение позволяет исключить нарушение изоляции QT образования токопроводящих мостиков и потери упру0 гих свойств контактных пар

Э уменьшить их износ, что дает возможность повысить ресурс работы ВКУ до 10 тыс. ч,