Щеточно-коллекторный узел для электрических машин

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 01 R 39/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4442017/24-07 (22) 17.06.88 (46) 15.08.90. Бюл. ¹ 30 (72) А.А. Козлов, М.И. Гроссман, С.M. Белохвостиков и А.Е. Красник (53) 621 3 047.3(088 8) (56) Лившиц П.С, Щетки для электрических машин. M.: Госэнергоиздат, 1961, с, 114, рис. 25, Глускин А.Я. и др. Щеткодержатели зарубежного производства для электрических машин. М.: Информэлектро, 1970, с. 5, рис, 1. (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН (57) Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям щеткодержателей для электрических машин

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 надеж, ности 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 Ы, 1585850 А1 со скользящим контактом. Цель изобрет;.ния — повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышения ее механической устойчивости. Щеточно-коллекторн ый узел содержит корпус со Г,еткой. имеющей скос верхней грани, ус1ановленной 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. своей боковой гранью с опорной стенко, 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 часового типа, однако могут быть использованы и другие типы нажимных устройств, Пружина 6 (фиг. 2 и 3), воздействуя своим рабочим элементом 5 на верхнюю грань щетки 2, создает силу нажатия Р, которая направлена перпендикулярно плоскости верхней грани щетки. Сила P прижимает щетку 2 к вращающемуся коллектору 4 и создает силу реакции Q коллектора 4, направленную под углом р относительно нормали Ап к рабочей поверхности коллектора в точке А в сторону его вращения, где p— угол тоения между щеткой и коллектороч .

Силы Р. и Q создают равнодействующую N;

1585850 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, что точка В приложения равнодействующей N к опорной стенке 3 не выходит эа 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 Й вЂ” в точку F, Таким образом, при вращении эксцентричного и овального коллектора точка приложения к щетке силы реакции коллектора

Q непрерывно перемещается между точками А и Е, а равнодействующая N — по опорной стенке 3 корпуса 1 между точками

Си О.

Если в процессе этих перемещений точка В приложения равнодействующей выходит эа 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 О, 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 токосьема.

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 переме-! щений поднимается выше точки G . то щетка опрокидывается на сбегающий край (точку Е) и теряет устойчивость.

В предложенном щеткодержателе предусмотрены такие отношения его конструктивных размеров, при которь х равнодействующая N в процессе всех перемещений по опорной стенке 3 не выходит за пределы зоны устойчивости (точки С и О, а также G и О) при всех изменениях высоты щетки.

5 Для определения этих отношений рассмотрим расчетную схему щеткодержателя (фиг. 4), на которой введены следующие обозначения:! — высота опорной стенки корпуса;

t — тангенциальный размер щетки; Лг — высо10 та 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

15 относительно нормали Ол к рабочей поверхности коллектора; j3 — угол скоса верхней грани щетки; p — угол трения между щеткой и коллектором.

Высота опорной сетки корпуса опреде20 ляется иэ условия устойчивости максимально высокой щетки против опрокидывания на сбегающий край (точку Е), которое требует, чтобы равнодействующая N не выходила за точку С, т,е. чтобы отрезок ЕС на фиг. 4 был

25 не меньше отрезка ЕВ, т.е. ЕС ЕВ, или

d+ !>

Отсюда после преобразований получается условие ! (гмин d)+ g Л г, (1)

30 где (2) 35

На основании расчетов, преобразований и экспериментальных данных получено следующее условие механической устойчивости работы щетки при ее максимальной высоте: ! 2 (1,39-0,0079a)t+(0,73-0,0166 а)(гмакс-Гмин) где гм кс — 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 черезмерно 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

1585850

ФЬг 1

Фи2.3 выбор высоты опорной стенки корпуса по математической зависимости.

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный 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, О т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы, путем повышения механической устойчивости щетки, У гол скоса ее верхней грани и угол наклона ее оси относительно нормали к рабочей поверхности коллектора находятся в соотношении 1,5 — 3,8, минимально допустимая высота боковой грани, контактирующей с опорной стенкой корпуса, изношенной щет5 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 а)т+(0,73-0,0166 а) (Гмакс Гмин), где I — высота опорной стенки корпуса;

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

t — тэнгенциальный размер щетки;

Гмакс МаКСИМВЛЬНаЯ ВЫСота бОКОВОЙ

15 грани щетки;

r H — минимально допустимая высота боковой грани изношенной щетки.

1585850

1585850 рр у а уд О

Фиг.6

09

0,2 у ю фиг.7

Составитель 8.Чернова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Обручар

Редактор И.Сегляник

Заказ 2330 Тираж 417 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, r. Ужгород; ул.Гагарина, 101