SU1585850A1 - Щеточно-коллекторный узел дл электрических машин - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электромашиностроению, в частности к конструкци м щеткодержателей дл  электрических машин со скольз щим контактом. Цель изобретени  - повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышени  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 наход тс  в отношении 1,5 - 3,8, минимально допустима  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.

Description

Изобретение относитс  к электромашиностроению , а именно к конструкции волочащегос  щеткодержател  дл  электрических машин со скольз щим контактом и может найти наибольшее применение в транспортных электродвигател х и генераторах с затрудненными услови ми токосъема.

Цель изобретени  - повышение надежности и ресурса работы щетки путем повышени  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 щеткодержател ; на фиг. 6 и 7 - расчетные зависимости.

Щеткодержатель содержит корпус 1 с волочащейс  щеткой 2, контактирующей

своей боковой гранью с опорной стенкой 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 часовото типа, однако могут быть использованы и другие типы нажимных устройств.

Пружина 6 (фиг. 2 и 3), воздейству  своим рабочим элементом 5 на грань щетки 2, создает силу нажати  Р, котора  направлена перпендикул рно плоскости верхней грани щетки. Сила Р прижимает щетку 2 к вращающем ус  коллектору 4 и создает силу реакции Q коллектора 4, направленную под углом р относительно нормали An к рабочей поверхности коллектора в точке А в сторону его вращени , где - угол тлени  между щеткой и коллекторо. Силы Р. и Q создают равнодействующую N;

котора  прижимает щетку 2 боковой гранью к опорной стенке 3 корпуса 1, обеспечива  ее надежную работу и устойчивость контакта между щеткой и коллектором при условии. 4Toj 04Ka В приложени  равнодействующей N к опорной стенке 3 не выходит за ее кра  (точки С и D). При повороте коллектора вследствие его неизбежной эксцентричности и овальности зона непосредственного механического контакта между щеткой и коллектором перемещаетс  в точку Е, а равнодействующа  N - в точку I-.

Таким образом, при вращении эксцентричного и овального коллектора точка приложени  к щетке силы реакции коллектора Q непрерывно перемещаетс  между точка- ми А и Е, а равнодействующа  N - по опорной стенке 3 корпуса 1 между точками СиО.

Если в процессе этих перемещений точка В приложени  равнодействующей выходит за край опорной стенки (точку С), то щетка опрокидываетс  на сбегающий край (точку Е) и начинает вибрировать, соудар  сь нижней частью с опорной стенкой 3 корпуса и с коллектором 4. Это приводит к потере устойчивости контакта, сколам и выкрашивани м на острой кромке щетки и ее боковых гран х. Такие услови  (фиг. 2) легче всего возникают при максимальной высоте щетки.

С износом щетки и приближением ее высоты к минимальной по вл етс  дво ка  возможность потери устойчивости щетки.

Равнодействующа  N все ближе подходит к нижнему краю опорной стенки (к точке D фиг. 3).

Если в процессе перемещений точка F опускаетс  ниже точки D. то щетка опрокидываетс  на набегающий край (точку А) и начинает вибрировать, соудар  сь верхней частью с опорной стенкой 3 корпуса 1, а нижней - с коллектором 4. Это может привести , как и в предыдущем случае, к отказу узла токосъема.

С износом щетки верхний край ее боковой грани (точка G фиг. 3) опускаетс  ниже «верхнего кра  опорной стенки корпуса (точки С). Если при этом, точка В приложени  равнодействующей N в процессе перемещений поднимаетс  выще точки G , то щетка опрокидываетс  на сбегающий край (точку Е) и тер ет устойчивость.

В предложенном щеткодержателе предусмотрены такие отношени  его конструктивных размеров, при которых равнодействующа  N в процессе всех перемещений по опорной стенке 3 не выходит за пределы зоны устойчивости (точки С и D, а акже G и D) при всех изменени х высоты щетки.

Дл  определени  этих отношений рассмотрим расчетную схему щеткодержател  фиг. 4), на которой введены следующие обозначени : I - высота опорной стенки корпуса; т-тангенциальный размер щетки; Аг- высота изнашиваемой части щетки; d - зазор между щеткодержателем и коллектором вдоль боковой грани щетки;Гмин минимально допустима  высота боковой грани изношенной щетки; а - угол наклона щетки

относительно нормали Оп к рабочей поверхности коллектора; уЗ-угол скоса верхней грани щетки; р - угол трени  между щеткой и коллектором.

Высота опорной сетки корпуса I определ етс  из услови  устойчивости максимально высокой щетки против опрокидывани  на сбегающий край (точку Е),крторое требует, чтобы равнодействующа  N не выходила за точку С, т.е. чтобы отрезок ЕС на фиг. 4 был

не меньше отрезка ЕВ, т.е. ЕС ЕВ, или

б+1 Гмин+0 В.

Отсюда после преобразований получаетс  условие

l(rMHH-d)4-)7 -Дг,(1)

где

35

Sin/3 COS (а-Ь у) 2 (a+6 + (p)

На основании расчетов, преобразований и экспериментальных данных получено следующее условие механической устойчивости работы щетки при ее максимальной

высоте:

I (1,39-0,0079а)1+(0,73-0,0166аХгмакс-Гмин), где Гмакс максимальна  высота боковой грани щетки.

Представление данного признака в виде математической зависимости позвол ет обеспечить высокую механическую устойчивость работы щетки и. в то же врем  не увеличивать чрезмерно высоту опорной стенки корпуса, чтобы не возрастали габариты щеткодержател  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, отношени  минимально допустимой высоты боковой грани изношенной щетки к ее тангенциальному размеру выбрано в пределах 1,1 -1,5 и

выбор ысоты опорной стенки корпуса по математической зависимости.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Щеточно-коллектЪрный узел дл  электрических машин, содержащий корпус щеткодержател  со щеткой, имеющей скос верхней грани, установленной с наклоном относительно нормали к рабочей поверхности коллектора и контактирующей боковой гранью с опорной стенкой корпуса, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и ресурса работы, путем повышени  механической устойчивости щетки, угол скоса ее верхней грани и угол наклона ее оси относительно нормали к рабочей по

   верхности коллектора наход тс  в соотношении 1,,8, минимально допустима  высота боковой грани, контактирующей с опорной стенкой корпуса, изношенной щет-. ки и ее тангенциальный размер - в соотношении , равном 1.1-1,5, а высота опорной стенки корпуса выбрана из соотношени  I (1,39-0,0079 ,73-0.0166 а) -(гмакс-Гмин), где I - высота опорной стенки корпуса;

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

   t - тангенциальный размер щетки;

   Гмакс - максимальна  высота боковой грани щетки;

   Гмин - минимально допустима  высота боковой грани изношенной щетки.

   фиг. г

   иг.1

   Фиг.З

   ФиеЛ

   Фие.5

   IZ

   .7

   I

   I

   ,11-.

   5 15 7

   Фи.6

   Д Д

   ,;

   J3-25.tt

   /5

   Ш

   oC