SU654992A1 - Токосъемное устройство - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к конструкци м токосъемных устройств дл  передачи электрических сигналов от неподвижного объекта к вращающемус  и наоборот при тензометрии вращающихс  деталей машин.

Известны контактные токосъемные устройства , примен емые в практике тензометрировани  вращающихс  деталей машин, которые размещаютс  на полом валу и выполнены в виде статорных и роторных секций отдельных каналов, разделенных изолирующими кольцами. Каждый из каналов снабжен парой взаимодействующих между собой контактных элементов, из которых вращающимс  контактным элементом  вл етс  латунное кольцо, посаженное на вал через изол ционную втулку, а неподвижным контактным элементом служит бронзова  контактна  кольцева  пластина, рассеченна  в радиальном направлении на лепестки . В процессе сн ти  электрических сигналов с объектов, расположенных на вращающемс  валу (например, теизодатчиков ), лепестки контактных пластин скольз т по наружной поверхности контактных латунных колец. Дл  обеспечени  непрерывности контакта в этом устройстве блок статорных секций, несущий контактные пластины, подпружинен по отношению к блоку роторных секций с помощью специального устройства 1. Известные токосъемные устройства относительно просты по конструкции, дешевы, однако у них трудно достичь равномерного и посто нного прижати  контактных лепестков к контактным кольцам. Эта причина, а также сильное вли ние на их переходное сопротивление пленок окисей в зоне контакта обусловливает непосто нство переходного

сопротивлени  в таких токосъемных устройствах , кроме того, существенным их недостатком  вл етс  небольшой срок службы контактных пластин. Известны также конструкции контактных

токосъемных устройств, в которых съем электрического сигнала с вращающегос  кольца производитс  с помощью нат нутой металлической струны, охватывающей это кольцо 2. Конструктивно устройство выполнено в виде блока статорных и роторных секций, смонтированных на полом валу и во фланцах, установленных на этом валу на подшипниках качени . Устройство содержит систему контактных и изолирующих колец, соответствующее количество струн, а также систему прижима струн к контактным кольцам.

Такое токосъемное устройство не обеспечивает достаточной стабильности переходного сопротивлени  из-за трудности создани  посто нства силы прижати  струны к контактному кольцу по дуге обхвата. На посто нство переходного сопротивлени  в значительной мере вли ют радиальные и торцовые биени  кольцевых поверхностей контактных колец, что обусловливает высокие требовани  к точности изготовлени  и сборки токосъемника. Контактные элементы (струны и кольца) быстро изнашиваютс , это не позвол ет использовать устройство при больших скорост х враш.ени  валов и снижает возможности его применени . Недостатком известного токосъемного устройства  вл етс  также низка  надежность , так как на каждом из каналов токосъем обеспечиваетс  только одной струной, а при ослаблении контакта струны с контактным кольцом токосъемное устройство становитс  практически неработоспособным .

Цель изобретени  - повышение стабильности переходного сопротивлени , надежности и увеличение срока службы контактных элементов, расширение возможностей применени  и снижение требований к точности изготовлени  токосъемиого устройства при использовании его в электрических цеп х тензометрических измерений враш,аюш,ихс  деталей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном токосъемном устройстве промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токопровод щих пружин, один конец каждой из которых жестко закреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образует скольз ший контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы. В таком случае токосъем достигаетс  только дл  одного из направлений вращени  ваЛа.

Кроме того, с целью обеспечени  токосъема при реверсивном вращении вала, между контактным кольцом роторной системы и контактным кольцом статорной системы установлено промежуточное контактное кольцо, с внутренней поверхностью которого контактируют свободные концы токопровод щих пружин, токопровод щие пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы, а на наружной поверхности указанного промежуточного кольца укреплены токопровод щие пружины, спирально завернутые против часовой стрелки, свободные концы которых контактируют с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы . На каждом из контактных колец вала может быть установлено несколько пружинных контактных элементов (лучше всего три), расположенных в плоскости поперечпого сечени  вала с равным шагом, определ емого направлением завертывани  пружин в спираль. Промежуточное контактное кольцо может быть плавающим, а также его можно разместить соосно с валом на подшипниках. Пружинные контактные элементы могут быть изготовлены из 5 любого пружинного сплава с покрытием (медь, серебро и др.), а также могут быть выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружин щих проволочек. С целью обеспечени  смазки трущихс  контактирующих поверхностей, внутренние рабочие поверхности контактных колец футерованы токопровод щим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

На фиг. 1 и 2 изображено токосъемное 5 устройство дл  случа  его применени  при одностороннем вращении вала.

На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный объектом измерени , через изолирующее кольцо 0 3 посажено контактное кольцо 4, соединенное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплепы одним концом три токопровод щие пружины 5, расположенные на кольце 4 с равным шагом. Пружины 5 спи5 рально завернуты таким образом, что их свободные концы наход тс  на внутренней поверхности контактного кольца 6 статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с 0 проводником 7, расположенным на невращающемс  объекте.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

При вращении вала в сторону, противо5 положную направлению завертывани  контактных пружинных элементов в спираль, контактные пружинные элементы вращаютс  вместе с валом, а свободные их концы контактируют по дуге окружности на внут0 ренней поверхности неподвижного кольца, в результате этого обеспечиваютс  подвижный контакт между спирально завернутыми пружинными контактными элементами и контактным кольцом статорной системы, 5 и передача электрического сигнала от неподвижного объекта к вращающемус  и наоборот.

На фиг. 3 и 4 иллюстрируетс  схема токосъемного устройства дл  случа  его при0 менени  при реверсивном вращении вала. На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный с объектом измерени , через изолирующее кольцо 3 посажено контактное кольцо 4, соеди5 ненное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплены одним концом три токопровод щие пружины (контактные элементы ) 5 первой ступени, расположенные на кольце 4 с равным шагом. Пружины 5 0 спирально завернуты, например, по часовой стрелке таким образом, что их свободные концы наход тс  на внутренней поверхности промежуточного кольца 8, установленного в промежутке между кольцом 4 и контактным кольцом 6 статорной системы , размещенным в корпусе токосъемника. К наружной поверхности промежуточного контактного кольца 8 прикреплены одним концом три пластинчатые. пружины (контактные элементы) 9 второй ступени, расположенные на кольце 8 с равным шагом. Пружины 9 спирально завернуты в направлении , противоположном направлению завертывани  пружин 5, таким образом, что их свободные концы располагаютс  на внутренней поверхности контактного кольца 6 статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с проводником 7, расположенным на неподвижном объекте.

Токосъемное устройство работает следующим образом.

Пои вращении вала 1 против часовой стрелки (см. фиг. 3) вместе с расположенным на нем проводником 2, вращаютс  пружинные контактные элементы первой ступени. Свободные концы пружин 5, прижим  сь на определенной площади к внутренней поверхности промежуточного кольца 8, скольз т по этому кольцу, цередава  на него электрический сигнал с проводника 2. При таком направлении вращени  вала кольцо В остаетс  неподвижным вследствие того, что направление завертывани  пружинных контактных элементов второй ступени, прикрепленных к кольцу 8, совпадает с направлением вращени  вала; в этом случае увеличиваетс  усилие прижати  концов пружинных контактных элементов второй ступени к внутренней поверхности кольца 6 и силами трени  они застопариваютс  в кольце 6, оставл   неподвижным и кольцо 8. Из кольца 8 через пружины 9 электрический сигнал попадет на колыю 6 токосъемника, а затем на проводник 7.

Если вал 1 вращаетс  по часовой стрелке (см. фиг. 3), пружинные контактные элементы первой ступени застопариваютс  р. поомежуточном кольце 8 силами трени , враща  это кольцо. Кольцо 8, враща сь, увлекает за собой пружинные контактные элементы второй ступени, которые создают скольз щий контакт по внутренней поверхности кольца 6 токосъемника. Этот контакт обеспечивает передачу электрического сигнала с вращающегос  проводника 2 на неподвижный проводник 7.

На фиг. 5 и 6 приведен пример конкретного конструктивного выполнени  трехканального токосъемного устройства, разработанного по устройству, изображенному на фиг. 3 и 4. Устройство содержит полый вал 1, фланцы 10 и 11, установленные на валу 1 на подщипниках 12 и 13 скольжени , систему изолирующих колец 3 вала, систему контактных колец 4 вала, к которым подсоединены проводники 2, идущие к объекту измерени . Промежуточные контактные кольца 8 смонтированы в виде

блока через изолирующие канальные перегородки 14 в цилиндре 15, изготовленном из изол ционного материала. Цилиндр 15 установлен на подщипниках 16 качени  соосно с валом 1. Подщипники качени  установлены во фланцах 10 и 11. Пружинные контактные элементы иервой ступени (в каждом канале по три щтуки) прикреплены одним концом к кольцу 4, а другим концом спирально завернуты по часовой стрелке , контактиру  с промежуточным контактным кольцом 8. На цилиндре 15 против колец 8 с щагом 120° просверлены отверсти  с продолжением сверлени  в кольце 8, а в

отверсти х нарезана резьба. Посредством этих отверстий к цилиндру 15 винтами ирикреплены концы пружинных контактных элементов второй ступени, спирально завернутые против часовой стрелки, и контактирующие контактные кольца 6 статорной системы. Контактные кольца 6 установлены во фланцах 10 и 11 посредством двух изолирующих втулок 17 и двух изолирующих колец 18. На кольцах 6 прикреплены

клеммы 19, к которым присоединены проводники 7. В осевом направлении подвин ;ные элементы конструкции зафиксированы стопорным кольцом 20. Токосъемное устройство защищено надетым на фланцы 10

и И корпусом 21, который зафиксирован винтами 22. Прул инные контактные элементы изготовлены в виде полосок толщиной 0,1-0,15 мм из берилевой бронзы или могут быть набраНы в виде плоского пучка

(щетки) из пружинных проволок диаметром 0,2 мм, покрытых слоем серебра (см. фиг. 7).

Внутренние поверхности контактных колец 8 и 6 футерованы токопровод щим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

Благодар  больщому суммарному углу контакта (около 360°) иружинных контактных элементов и контактных колец, а также в св зи с обесиечением равномерной силы прижати  пружинных контактных элементов к контактным кольцам и равномерной силы прижати  пружинных контактных элементов к рабочим поверхност м контактных колец за счет спирального завертывани  пружинных контактных элементов, данное токосъемное устройство имеет высокую стабильность переходного сопротивлени . При этом не требуетс  сравнительно

больщих усилий пружинных контактных элементов к контактным кольцам, вследствие этого иотери на трение в зоне подвижного контакта небольщие, что обусловливает возможность применени  цредлагаемого токосъемного устройства при больщой частоте вращени  вала без опасности возникновени  перегрева и потери стабильности переходного сопротивлени , а также позвол ет увеличить срок службы пружинных контактных элементов. Долговечности

пружинных контактных элементов способствует то, что подвижный контакт каждого из каналов данного токосъемного устройства осуществл етс  за счет нескольких таких элементов, в результате этого повышаетс  также его надежность. Применение контактных колец, футерованных токопровод щим полимером с высокими антифрикционными свойствами, позвол ет расширить возможности данного токосъемного устройства в отношении верхнего предела скоростей вращени  за счет уменьшени  потерь на трение в подвижном контакте, а также увеличить срок службы пружинных контактных элементов. За счет применени  в данном токосъемном устройстве пружинных контактных элементов, изготовленных в виде плоской щетки, набранной из отдельных пружинных проволочек, достигаетс  цель повышени  долговечности и надежности , так как в таком случае силы прижати  свободных концов проволок к контактным кольцам невелики и суммарные потери на трение также небольшие, а выход из контакта одной или нескольких проволок одной из щеток не сказываетс  на стабильности переходного сопротивлени .

Применение в данном токосъемном устройстве скольз щего контакта за счет спирально завернутых прзжинных контактных элементов, имеющих возможность самоустанавливатьс , позвол ет снизить требовани  к точности изготовлени  и сборки токосъемного устройства, например к соосности контактных колец и вала, к точности формы рабочих поверхностей контактных колец .

Claims (5)

1. Формула изобретени 

   I. Токосъемное устройство дл  передачи электрических сигналов от неподвижных объектов к вращающимс , содержащее корпус с размещенным в нем вращающимс  валом с расположенной на нем роторной системой контактных и изолирующих колец и статорной системой с соответствующими контактными и изолирующими кольцами и промежуточные контактные элементы , отличающеес  тем, что, с целью повыщени  стабильности переходного сопротивлени , надежности и долговечности

   контактных элементов, расширени  возможности применени , промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токопровод щих пружин , один конец каждой из которых жестко укреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образует скольз щий контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы .
2. 2. Устройство по п. I, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  токосъема при реверсивном вращении вала, между контактным кольцом роторной системы и

   контактным кольцом статорной системы установлено промежуточное контактное кольцо, с внутренней поверхностью которого контактируют свободные концы токопровод щих пружин, токопровод щие

   пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы , а на наружной поверхности указанного промежуточного кольца закреплены токопровод щие пружины, спирально завернутые против часовой стрелки, свободные концы которых контактируют с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы.
3. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что спирально завернутые токопровод щие пружины выполнены в виде пластин.
4. 4.Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что спирально завернутые

   токопровод щие пружины выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружин щих проволочек.
5. 5.Устройство по пп. 1 и 2, отличающеес  тем, что внутренние поверхности

   контактных колец покрыты токопровод щим полимером с высокими антифрикционными свойствами.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Авторское свидетельство

   СССР NO 98941, кл. Н OIR 39/18, 1953. 2. Лихачев В. С. Испытание тракторов. М., Мащгиз, 1963, с. 127.

   1риг.1

   соиг. 3

   Т

   ИМ

   7///////7///Л

   В 5 Ч

   е 8

   21