Устройство для подвода энергии с неподвижной части объекта на вращающуюся

 

Изобретение относится к устройствам с гибкими энергоносителями для подвода гибких электрических кабелей, пневматических шлангов и т.п. от неподвижной части объекта на вращающуюся в электрической, машиностроительной и других областях народного хозяйства. Гибкие энергоносители расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения и закреплены на неподвижной и вращающейся частях. В изобретении используются упругие свойства гибких энергоносителей для поддерживания соответствующей формы при работе. Энергоносители имеют длину, выполненную по определенным соотношениям и максимальное количество равноудаленных от оси вращения энергоносителей также выполнено по определенным соотношениям. Такое выполнение обеспечивает упрощение конструкции и повышение ее надежности и снижение веса. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам с гибкими энергоносителями для подвода гибких электрических кабелей, пневматических шлангов и т.п. от неподвижной части объекта на вращающуюся и может быть использовано в машиностроительной, электротехнической и других областях народного хозяйства.

Аналогом предлагаемого изобретения является устройство для подвода энергии от неподвижной части объекта на вращающуюся [1], содержащее гибкие кабели, один конец которых связан с неподвижной частью объекта, другой - с вращающейся, размещенные на несущем элементе, выполненном в виде цепи, расположенной между неподвижной и вращающейся частями с образованием петли.

Работоспособность устройства обеспечивается постоянством радиусов изгиба цепи в процессе поворота вращающейся части, которое достигается взаимодействием ступенчатых осей, соединяющих звенья цепи резьбовыми и шлицевыми участками со звеньями, а цилиндрическими участками - с шайбами, расположенными на неподвижной и вращающейся частях с шагом, равным шагу цепи, при этом оси перемещаются в вертикальной плоскости при взаимном повороте звеньев.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, большой вес, невысокая надежность из-за большого количества вспомогательных деталей, перемещающихся относительно друг друга.

Также известно устройство для подвода энергии с неподвижной части объекта на вращающуюся [2], содержащее гибкие энергоносители, размещенные внутри цепи, расположенной в кольцевом зазоре между частями объекта с образованием в плоскости поворота вращающейся части U-образных петель, средства ограничения угла разворота звеньев цепи, соединенные между собой посредством осей, узел стабилизации радиуса изгиба цепи, включающий установленные на осях опоры, равномерно расположенные по длине цепи, снабженный цилиндрическими направляющими, закрепленными на частях объекта, гибкое защитное покрытие, образованное шарнирно соединенными пластинами, несущие звенья цепи выполнены в виде П-образных скоб, оси - в виде единого для каждого звена стержня, при этом пластины защитного покрытия расположены со стороны открытой части несущих звеньев и соединены между собой их осями, а узел стабилизации радиусов изгиба цепи выполнен в виде роликов, закрепленных с возможностью взаимодействия с защитным покрытием и направляющими на опорах, установленных попарно на разных уровнях на осях несущих звеньев.

Недостатком этого устройства является то, что при некотором улучшении надежности по сравнению с аналогом оно имеет большое количество вспомогательных деталей, перемещающихся относительно друг друга, большой вес, сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для подвода энергии к неподвижной части объекта на вращающуюся, содержащее гибкие энергоносители, размещенные между неподвижной и вращающимися частями и соответственно прикрепленные к ним [3].

К недостаткам этого устройства можно отнести возможность его применения только в малогабаритных устройствах при небольшом количестве проводников малого сечения, при небольших углах поворота, без жестких требований к габаритам устройства, а также невысокую надежность.

Запас длины (с которым монтируются проводники для обеспечения поворота в устройства в крайнее угловое положение) в нулевом положении размещения частично за счет вытеснения проводников через овальные отверстия по высоте в радиальные канавки, за счет размеров овальных отверстий, а также за счет произвольного искривления внутри кольцевого паза. При этом неизбежно трение о край овального отверстия и стенки кольцевого паза.

В устройстве невозможно придать проводнику какую-то определенную форму в нулевом положении и обеспечить свободное перемещение не касаясь стенок кольцевого паза.

Для получения рациональных габаритов размеров устройства малого веса, малой длины проводников необходимо стремиться максимально приблизить проводники к оси вращения, сделав зазоры между соседними рядами минимальными.

При небольших углах поворота и малых сечениях проводников трение незначительно. Если требуется обеспечить значительный угол поворота и установить проводники большого сечения (или кабели), необходимо значительно увеличить размеры овальных отверстий, кольцевого паза, резко возрастает вес колодок. При этом значительно возрастает и трение проводников о стенки и края овального отверстия.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции при повышении надежности и снижении веса за счет исключения взаимоперемещающихся вспомогательных деталей и уменьшения длины самих энергоносителей.

Данная задача решается тем, что в устройстве для подвода энергии с неподвижной части объекта на вращающуюся, содержащем гибкие энергоносители, размещенные между неподвижной и вращающейся частями и соответственно закрепленные к ним, гибкие энергоносители расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения и имеют длину L, выполненную по соотношениям при C/2≥R и при C/2<R, а максимальное количество равноудаленных от оси вращения энергоносителей, выполненное по соотношениям при C/2≥R и при C/2<R C - длина дуги окружности, которую описывает центр энергоносителя в месте крепления при повороте вращающейся части на максимальный угол поворота, определяемая соотношением

где
r - расстояние центра энергоносителя в месте крепления от оси вращения;
α_max - максимальный угол поворота вращающейся части относительно неподвижной в градусах;
R - допустимый средний радиус изгиба энергоносителя у места крепления (назначается с учетом рекомендуемого нормативно-технической документацией ГОСТ, ТУ и т.д. минимальных радиусов изгиба);
H - расстояние между неподвижной и вращающейся частями;
Σd - сумма максимальных наружных диаметров энергоносителей (с учетом допуска на наружный диаметр), равноудаленных от оси вращения;
при этом на неподвижной и вращающейся частях в месте их пересечения с осью вращения выполнены резьбовые отверстия, для технологической опоры.

В предлагаемом техническом решении представляется возможность использовать упругие свойства гибких энергоносителей для формирования соответствующей формы каждого энергоносителя в нулевом положении устройства и возвращения их в исходное положение после поворота вращающейся части на максимальный угол в направлении по часовой или против часовой стрелки.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в нулевом положении.

На фиг. 2 изображен вид сверху на устройство в нулевом положении.

На фиг. 3 изображено устройство при максимальном угле поворота.

На фиг. 4 изображен энергоноситель в развертке цилиндрической поверхности радиусом r, высотой H при максимальном угле поворота вращающейся части относительно неподвижной α_max при C/2>R.

На фиг. 5 изображен энергоноситель в развертке при C/2=R.

На фиг. 6 изображен энергоноситель в развертке при C/2<R.

Для сборки предусмотрена технологическая опора 4, которая после установки на объект снимается.

Для вывода соотношений для длины энергоносителей L, максимального количества равноудаленных от оси вращения энергоносителей предполагаем, что энергоносители займут положение близкое к винтовой линии (прямолинейный участок в развертке), а вблизи мест закрепления будут иметь радиус R.

На фиг. 4, 5 и 6 из прямоугольных треугольников БСД, СДЕ можно вывести соотношение для L - общее для трех случаев (C/2>R, C/2=R, C/2<R).

угол АБД равен углу БСЕ как углы с соответственно перпендикулярными сторонами;
/
В случае, когда C/2>R см. фиг. 4 α₃= α₁+α₂ DE=AE-DE=C/2-R
.

C определяется соотношением
Подставив выражения α₁, α₂ в соотношение для L получим соотношение L₁, для случая, когда C/2>R

при C/2 = R (см. фиг. 5) α₃= α₂; α₁ = 0; CD = H/2
DE = 0; EC = CD = H/2
соотношение для L₁ действительно для случая C/2 = R только сильно упростится

при C/2<R (см. фиг. 6) α₃= α₂-α₁; DE = R - C/2
.

Подставив выражения α₁ и α_2/ в соотношение для L получим соотношение L₂ для случая, когда C/2<R
.

Максимальное количество энергоносителей, равноудаленных от оси вращения будет определяться суммой отрезков a,
которые уложатся на размере c
.

При c/2≥R ; α₃= α₁+α₂ (α₁ и α₂ берем ранее выведенные для случая c/2>R)
.

Подставив α₁, α₂ в соотношение для Σd получим соотношение для Σd₁ для случая c/2≥R
.

При c/2<R α₃= α₂-α₁
;
.

(α₁ и α₂ берем ранее выведенные для случая c/2<R)
₁ и α₂ в соотношение для Σd получим соотношение для Σd_2/ для случая c/2<R
.

Если равноудаленные от оси вращения энергоносители будут иметь одинаковый наружный диаметр, то соотношения примут вид
при ,
при ,
где
n₁ - максимальное количество энергоносителей одинакового наружного диаметра, равноудаленных от оси вращения при c/2≥R;
n₂ - максимальное количество энергоносителей одинакового наружного диаметра, равноудаленных от оси вращения при c/2<R
1, L₂, n₁, n₂, Σd₁, Σd₂ выведены при условии, что прямолинейные участки энергоносителей, показанные на фиг. 4, 5, 6, соприкасаются. Значения n₁, n₂, Σd₁, Σd₂ должны округляться в меньшую сторону, а L₁, L₂ в большую.

На практике n₁, n₂ назначаются из условия компановки мест крепления энергоносителей, но не больше расчетного значения.

Чтобы учесть допуски на изготовление, установку энергоносителей, биение, несоосность вращающейся части относительно неподвижной и чтобы при максимальном рабочем угле закручивания кабели имели между собой гарантированный зазор окончательный расчет следует сделать на угол больший, чем установленный техническим заданием (применявшийся в предварительном расчете).

Примеры использования предложенных соотношений для конкретного расчета приводим, задавшись исходными данными
α_max = 270^o; R = 100 мм; H = 400; r₁ = 23 мм, r₂ = 40 мм, r₃ = 57 мм кабели одинакового диаметра d = 10,6 (размер взят с учетом допуска на наружный диаметр).

Для r₁ = 23 мм
сначала находим
c/2 = 54, c¹/2<R (54<100) поэтому для расчета используем соотношение для L₂, n₂
,
= 9
для
,
поэтому пользуемся теми же соотношениями, подставляя значения в соотношения для L₂, n₂
,
L₂ = 445 мм,
,
= 15.

Для
,
поэтому используем соотношения для L₁, n₁.

.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении энергоносители представляют собой петли, расположенные в плоскостях, проходящих через ось вращения, концы которых закреплены в неподвижной и вращающейся частях см. фиг. 1, 2.

При повороте вращающейся части в направлении движения часовой стрелки происходит перемещение энергоносителей в направлении оси вращения. При этом каждое ближнее к оси вращения кольцо энергоносителей (группа равноудаленных от оси энергоносителей) освобождает место для следующего более удаленного от оси кольца (группы). При максимальном угле закручивания каждая группа равноудаленных от оси вращения энергоносителей займет положение близкое к цилиндрической поверхности радиусом r и высотой H, при этом каждый энергоноситель закручен по линии близкой к винтовой вокруг этой поверхности (фиг. 3). При повороте вращающейся части в исходное положение (нулевое) энергоносители за счет своих упругих свойств занимают первоначальное положение. Таким образом могут совершаться многочисленные закручивания, раскручивания по направлению по часовой и против часовой стрелки.

В данном устройстве присутствуют только детали крепления энергоносителей к неподвижной и вращающейся частям и отсутствуют многочисленные вспомогательные трущиеся детали, характерные для устройства цепного типа.

Поэтому предлагаемое устройство значительно проще, надежнее, имеет меньший вес, меньшую длину энергоносителей, бесшумно, не чувствительно к несоосностям, биению вращающейся части относительно неподвижной (в прототипе это обстоятельство требует конструктивного решения).

Формула изобретения

Устройство для подвода энергии с неподвижной части объекта на вращающуюся, содержащее гибкие энергоносители, обладающие упругими свойствами, размещенные между неподвижной и вращающейся частями и соответственно прикрепленные к ним, отличающееся тем, что гибкие энергоносители расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения и имеют длину L, выполненную по соотношениям

,
а максимальное количество равноудаленных от оси вращения энергоносителей выполнено по соотношениям


где C - длина дуги окружности, которую описывает центр энергоносителя в месте крепления при повороте вращающейся части на максимальный угол поворота, определяемая соотношениям

r - расстояние центра энергоносителя в месте крепления от оси вращения;
α_max - максимальный угол поворота вращающейся части относительно неподвижной, град.;
R - допустимый средний радиус изгиба энергоносителя у места крепления (назначается с учетом рекомендуемых нормативно-технической документации ГОСТ, ТУ и т.д. минимальных радиусов изгиба);
H - расстояние между неподвижной и вращающейся частями;
Σd - сумма максимальных наружных диаметров энергоносителей (с учетом допуска на наружный диаметр), равноудаленных от оси вращения. округляемая в расчете до целых чисел в меньшую сторону (Σd энергоносителей, установленных в устройство не должна превышать Σd расчетной);
L - длина энергоносителей, округляемая в расчете до целых чисел в большую сторону,
при этом на неподвижной и вращающейся частях в месте их пересечения с осью вращения выполнены резьбовые отверстия для технологической опоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6