Контактный узел преимущественно для космических аппаратов

 

Изобретение относится к слаботочным скользящим контактам. Контактный узел включает подвижный контакт поворотного типа и щетку прямоугольного сечения с многоточечной поверхностью соприкосновения с ним, консольно закрепленную на изолирующем основании и снабженную проводниковыми соединителями, связанными с электрическими цепями контактного узла, причем количество соединителей соответствует количеству концов щетки. Предложено соотношение размеров хотя бы двух концов щетки, которое позволяет обеспечить виброустойчивость контактного узла в условиях широкого спектра вибрационных нагрузок. 2 ил.

Изобретение относится к слаботочным скользящим контактам преимущественно для эксплуатации в условиях вибрационных нагрузок широкого спектра, например в ракетостроении.

Известен контактный узел, включающий подвижный контакт и щетку с многоточечной поверхностью соприкосновения с ним, выполненную в виде ленты с гребенкой [1].

Недостатками указанной конструкции являются низкие виброустойчивость и надежность.

Наиболее близким к предложенному решению - прототипом является контактный узел преимущественно косметических аппаратов, включающий подвижный контакт поворотного типа и щетку с многочисленной поверхностью соприкосновения с ним, консольно закрепленную на изолирующем основании, и снабженную проводниковыми соединителями, связанными с электрическими цепями контактного узла, причем количество соединителей соответствует количеству концов щетки [(2) с. 100].

Недостатком указанной конструкции является неустойчивая работа в условиях вибрационных нагрузок широкого спектра.

Техническим результатом изобретения является повышение виброустойчивости.

Технический результат достигается тем, что в контактном узле, преимущественно для космических аппаратов, включающем подвижный контакт поворотного типа и щетку прямоугольного сечения с многоточечной поверхностью соприкосновения с ним, консольно закрепленную на изолирующем основании и снабженную проводниковыми соединителями, связанными с электрическими цепями контактного узла, причем количество соединителей соответствует количеству концов щетки, в отличие от прототипов в нем соотношение размеров хотя бы двух концов щетки удовлетворяет соотношению: где L_1max; L_1min - соответственно максимальное и минимальное значения длины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление; b_1max; b_1min - соответственно максимальное и минимальное значения ширины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление; b_2max; b_2min - соответственно максимальное и минимальное значения ширины второго конца щетки в пределах поля допуска на изготовление; L₂ - фактическая длина второго конца щетки, причем точки соприкосновения концов щетки с подвижным контактом размещены на одной прямой, параллельной оси подвижного контакта.

Собственная (резонансная) частота колебаний упругого элемента в виде консольной балки определяется соотношением [(3) с. 304]: где f - частота колебаний; k - жесткость балки; m - масса балки.

Жесткость консольной балки определяется соотношением [(3) с. 490]:

где E - модуль упругости материала балки;
J - момент инерции сечения балки относительно горизонтальной оси;
L - длина балки.

Указанное соотношение справедливо и для плоских изогнутых щеток [(4) с. 140].

Для сечения прямоугольной формы

где b - ширина сечения;
h - высота сечения.

Учитывая, что изменение массы практически не используется, а также то, что щетки выполняются обычно из калиброванной ленты постоянной толщины, изменить резонансную частоту концов щетки можно, изменяя длину и ширину последних.

Для того, чтобы концы щетки не входили в резонанс оба сразу и хотя бы один из них контактировал с подвижным контактом в каждый момент времени, необходимо, чтобы резонансные частоты концов щетки не были равны и кратны друг другу. Учитывая, что ближайшая кратная частота - удвоенная, то предпочтительно из (5):
K₁< K₂< 4K₁ (8)
где K₁ - жесткость первого конца щетки;
K₂ - жесткость второго конца щетки.

С учетом (6) и (7) выражение (8) принимает вид

где
L₁; b₁ - соответственно длина и ширина первого конца щетки;
L₂; b₂ - соответственно длина и ширина второго конца щетки.

С учетом разброса допусков на длину и ширину концов щетки при изготовлении выражение (9) можно записать в виде:

откуда

или

где
L_1max; L_1min - соответственно максимальное и минимальное значения длины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
b_1max; b_1min - соответственно максимальное и минимальное значения ширины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
b_2max; b_2min - соответственно максимальное и минимальное значения ширины второго конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
L₂ -фактическая длина второго конца щетки.

Для конкретных вариантов исполнения величины b₁ и b₂ не превышают 2 - 3 мм, а L₁ и L₂ не превышают 30 - 50 мм.

Например при выполнении щетки штамповкой из металлической ленты по пятому классу точности для b₁=b₂=3_-0,16 мм, а L₁=50_-0,34 мм, можно определить разброс длин второго конца щетки из приведенного соотношения.

С учетом допусков:

т. е. фактическая длина конца должна удовлетворять соотношению: 32,08 < L₂ < 48,76 мм
Т. к. подвижный контакт при вращении должен вступать в контакт с концами щетки одновременно, то точки соприкосновения концов щетки с подвижным контактом должны быть размещены на одной прямой, перпендикулярной направлению движения или параллельной оси подвижного контакта, а разность длин концов щетки обеспечивается за счет выполнения изолирующего основания ступенчатым в направлении концов щетки.

На фиг. 1 представлен контактный узел в сечении, перпендикулярном оси вала; на фиг. 2 - разрезная щетка с многоточечным контактом.

Контактный узел включает вал 1, подвижный контакт 2, установленный на валу 1, разрезные щетки 3, установленные на изолирующем основании 4 при помощи накладок 5, закрепленных винтами. Щетки 3 снабжены проводниковыми соединителями 6, число которых соответствует числу концов щетки. Соединители связаны с электрическими цепями контактного узла.

При повороте вала 1 проводящая или изолирующая часть подвижного контакта 2 входит в соприкосновение с щетками 3, установленными на изолирующем основании 4, чем замыкает или размыкает электрическую цепь в электрической схеме контактного узла через соединители 6. Причем А и Б - точки соприкосновения щетки 3 с подвижным контактом 2 взаимодействуют с ним одновременно, т.к. размещены на одной прямой АБ, параллельной оси подвижного контакта.

Выполнение хотя бы двух концов щетки размерами, удовлетворяющими соотношению (10), позволяет обеспечить виброустойчивость контактного узла в условиях широкого спектра вибрационных нагрузок, т.к. резонансные частоты колебаний концов щетки не совпадают и некратны друг другу и в каждый момент времени хотя бы один из двух концов щетки соприкасается с подвижным контактом.

Литература
1. SU, авторское свидетельство N 213955, кл. H 02 K, 1968.

2. Сыромятников В. С. Стыковочные устройства космических аппаратов М.: Машиностроение, 1984.

3. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования М.: Машиностроение, 1965.

4. Чурабо Д.Д. Детали и узлы приборов М.: Машиностроение, 1975.

Формула изобретения

Контактный узел преимущественно для космических аппаратов, включающий подвижный контакт поворотного типа и щетку прямоугольного сечения с многоточечной поверхностью соприкосновения с ним, консольно закрепленную на изолирующем основании и снабженную проводниковыми соединителями, связанными с электрическими цепями контактного узла, причем количество соединителей соответствует количеству концов щетки, отличающийся тем, что соотношение размеров хотя бы двух концов щетки удовлетворяет соотношению

где L_{1 max}, L_{1 min} - соответственно максимальное и минимальное значения длины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
b_{1 max}, b_{1 min} - соответственно максимальное и минимальное значения ширины первого конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
b_{2 max}, b_{2 min} - соответственно максимальное и минимальное значения ширины второго конца щетки в пределах поля допуска на изготовление;
L₂ - фактическая длина второго конца щетки,
причем точки соприкосновения концов щетки с подвижным контактом размещены на одной прямой, параллельной оси подвижного контакта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2