Токосъемное устройство

11 Ц 654992 Сотов Советских Социалистических Республик) Дата опубликования описания 30.03.79) Авторыизобретения С. Г. Костогрыз и П. И, Капустенскиймельницкий технологический институт бытового о 71) Заявитель ивани(54) ТОКОСЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВ Изобретение относится к конструкциям токосъемных устройств для передачи электрических сигналов от неподвижного объекта к вращающемуся и наоборот при тензометрии вращающихся деталей машин.Известны контактные токосъемные устройства, применяемые в практике тензометрирования вращающихся деталей машин, которые размещаются 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 вращающимся контактным элементом является латунное кольцо, посаженное на вал через изоляционную втулку, а неподвижным контактным элементом служит бронзовая контактная кольцевая пластина, рассеченная в радиальном направлении на лепестки. В процессе снятия электрических сигналов с объектов, расположенных на вращающемся валу (например, тензодатчиков), лепестки контактных пластин скользят по наружной поверхности контактных латунных колец. Для обеспечения непрерывности контакта в этом устройстве блок статорных секций, несущий контактные пластины, подпружинен по отношению к блоку роторных секций с помощью специального устройства 11. Известные токо- съемные устройства относительно просты по конструкции, дешевы, однако у них трудно достичь равномерного и постоянно го прижатия контактных лепестков к контактным кольцам. Эта причина, а также сильное влияние на их переходное сопротивление пленок окисей в зоне контакта обусловливает непостоянство переходного О сопротивления в таких токосъемных устройствах, кроме того, существенным их недостатком является небольшой срок службы контактных пластин.Известны также конструкции контактных 5 токосъемных устройств, в которых съемэлектрического сигнала с вращающегося кольца производится с помощью натянутой металлической струны, охватывающей это кольцо 21. Конструктивно устройство вы- О полнено в виде блока статорных и роторных секций, смонтированных на полом валу и во фланцах, установленных на этом валу на подшипниках качения. Устройство содержит систему контактных и изолирую щих колец, соответствующее количествострун, а также систему прижима струн к контактным кольцам.Такое токосъемное устройство не обеспечивает достаточной стабильности переход- О ного сопротивления из-за трудности создания постоянства силы прижатия струны к контактному кольцу по дуге обхвата. На постоянство переходного сопротивления в значительной мере влияют радиальные и торцовые биения кольцевых поверхностей контактных колец, что обусловливает высокие требования к точности изготовления и сборки токосъемника. Контактные элементы (струны и кольца) быстро изнашиваются, это не позволяет использовать устройство при больших скоростях вращения валов и снижает возможности его применения.Недостатком известного токосъемного устройства является также низкая надежность, так как на каждом из каналов токо- съем обеспечивается только одной струной, а при ослаблении контакта струны с контактным кольцом токосъемное устройство становится практически неработоспособным.Цель изобретения - повышение стабильности переходного сопротивления, надежности и увеличение срока службы контактных элементов, расширение возможностей применения и снижение требований к точности изготовления токосъемного устройства при использовании его в электрических цепях тензометрических измерений вращающихся деталей.Поставленная цель достигается тем, что в известном токосъемном устройстве промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токо- проводящих пружин, один конец каждой из которых жестко закреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образует скользящий контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной системы. В таком случае токо- съем достигается только для одного из направлений вращения вала.Кроме того, с целью обеспечения токо- съема 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 токопроводящих пружин, токо проводящие пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы, а на наружной поверхности указанного промежуточного кольца укреплены токопроводящие 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 поперечного сечения вала с равным шагом, определяемого направлением завертывания пружин в спираль. Промежуточное кон 510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 б 5 тактное кольцо может быть плавающим, а также его можно разместить соосно с валом на подшипниках. Пружинные контактные элементы могут быть изготовлены из любого пружинного сплава с покрытием (медь, серебро и др.), а также могут быть выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружинящих проволочек. С целью обеспечения смазки трущихся контактирующих поверхностей, внутренние рабочие поверхности контактных колец футерованы токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами.На фиг. 1 и 2 изображено токосъемное устройство для случая его применения при одностороннем вращении вала.На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный объектом измерения, через изолирующее кольцо 3 посажено контактное кольцо 4, соединенное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплены одним концом три токо- проводящие пружины 5, расположенные на кольцс 4 с равным шагом. Пружины 5 спирально завернуты таким образом, что их свободные концы находятся на внутренней поверхности контактного кольца 6 статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с проводником 7, расположенным на невращающемся объекте.Токосъсмное устройство работает следующим образом.При вращении вала в сторону, противоположную направлению завертывания контактных пружинных элементов в спираль, контактные пружинные элементы вращаются вместе с валом, а свободные их концы контактируют по дуге окружности на внутренней поверхности неподвижного кольца, в результате этого обеспечиваются подвижный контакт между спирально завернутыми пружинными контактными элементами и контактным кольцом статорной системы, и передача электрического сигнала от неподвижного объекта к вращающемуся и наоборот,На фиг. 3 и 4 иллюстрируется схема токосъемного устройства для случая его применения при реверсивном вращении вала.На полый вал 1, в отверстие которого пропущен проводник 2, соединенный с объектом измерения, через изолирующее кольцо 3 посажено контактное кольцо 4, соединенное с проводником 2. К контактному кольцу 4 прикреплены одним концом три токопроводящие пружины (контактные элементы) 5 первой ступени, расположенные на кольце 4 с равным шагом. Пружины 5 спирально завернуты, например, по часовой стрелке таким образом, что их свободные концы находятся на внутренней поверхности промежуточного кольца 8, установленного в промежутке между кольцом 4 и контактным кольцом 6 статорной систе мы, 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 завертывания пружин 5, таким образом, что их свободные концы располагаются на внутренней поверхности контактного кольца б статорной системы, установленного в корпусе токосъемника и электрически соединенного с проводником 7, расположенным на нсподвижном объекте.Токосъемнос устройство работает следующим образом.Пои впащеции вала 1 против часовой стрелки (см. фиг. 3) вместе с расположенньм на нем проводником 2, вращаются пружипньге контактные элементы первой стпени. Свободные концы пр жин 5, прижимаясь на опрсделенной площади к внутренней повецхцости промежуточного кольца 8, скользят по этому кольцу, передавая на него электрический сигнал с проводника 2. При таком направлении вращения вала кольцо 8 остается неподвижным вследствие того, что направление завертывания пружинных контактных элементов второй ступени, прикрепленных к кольцу 8, совпадает с направлением вращения вала; в этом случае увеличивается; силие прижатия концов пружинных контактных элементов второй ступени к внутренней поверхности кольца 6 и силами трения они застопариваются в кольце 6, оставляя неподвижным и кольцо 8, Из кольца 8 через пружины 9 электрический сигнал попадет на кольцо 6 токосъемника, а затем на проводник 7.Если вал 1 вращается по часовой стоелке (см, фиг. 3), пружинные контактные элементы первой ступени застопариваются г, пэомсжуточном кольце 8 силами трения, вращая это кольцо. Кольцо 8, вращаясь, увлекает за собой пружинные контактные элементы второй ступени, которые создают скользчший контакт по внутренней поверхности кольца б токосъемника. Этот контакт обеспечивает передачу электрического сигнала с вращающегося проводника 2 на неподвижный проводник 7.На фиг. 5 и 6 приведен пример конкретного конструктивного выполнения 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 подшипниках 12 и 13 скольжения, систему изолирующих колец 3 вала, систему контактных колец 4 вала, к которым подсоединены проводники 2, идущие к объекту измерения. Промежуточные контактные кольца 8 смонтированы в виде 6549926блока через изолирующие канальные перегородки 14 в цилиндре 15, изготовленном из изоляционного материала. Цилиндр 15 установлен на подшипниках 16 качения соосно с валом 1, Подшипники качения установлены во фланцах 10 и 11. Пружинныеконтактные элементы первой ступени (вкаждом канале по три штуки) прикреплены одним концом к кольцу 4, а другим кон 10 цом спирально завернуты по часовой стрелке, контактируя с промежуточным контактным кольцом 8, На цилиндре 15 против колец 8 с шагом 120 просверлены отверстияс продолжением сверления в кольце 8, а в15 отверстиях нарезана резьба. Посредствомэтих отверстий к цилиндру 15 винтами прикреплены концы пружинных контактныхэлементов второй ступени, спирально завернутые против часовой стрелки, и контак 20 тирующие контактные кольца 6 статорнойсистемы. Контактные кольца 6 установлены во фланцах 10 и 11 посредством двухизолирующих втулок 17 и двух изолирующих колец 18. На кольцах 6 прикреплены25 клеммы 19, к которым присоединены проводники 7. В осевом направлении подвижныс элементы конструкции зафиксировань 1стопорным кольцом 20. Токосъемное устройство защищено надетым на фланцы 10ЗО и 11 корпусом 21, который зафиксированвинтами 22. Пружинные контактные элементы изготовлены в виде полосок толщиной 0,1 - 0,15 мм из берилевой бронзы илимогут быть набраны в виде плоского пучкаЗ 5 (щетки) из пружинных проволок диаметром 0,2 мм, покрытых слоем серебра (см.фиг. 7).Внутренние поверхности контактных колец 8 и 6 футерованы токопроводящим по 40 лимером с высокимп антифрикционнымисвойствами,Благодаря большому суммарному углуконтакта (около 360) пружинных контактных элементов и контактных колец, а так 45 же в связи с обеспечением равномерной силы прижатия пружинных контактных элементов к контактным кольцам и равномерной силы прижатия пружинных контактныхэлементов к рабочим поверхностям контакт 50 ных колец за счет спирального завертывания пружинных контактных элементов,дацное токосъсмное устройство имеет высокую стабильность переходного сопротивления. При этом не требуется сравнительно55 больших усилий прижатия пружинных контактных элементов к контактным кольцам,вследствие этого потери на трение в зонеподвижного контакта небольшие, что обусловливает возможность применения предла 60 гаемого токосъемного устройства при большой частоте вращения вала без опасностивозникновения перегрева и потери стабильности переходного сопротивления, а такжепозволяет увеличить срок службы пружин 65 ных контактных элементов. Долговечностипружинных контактных элементов способствует то, что подвижный контакт каждого из каналов данного токосъемного устройства осуществляется за счет нескольких таких элементов, в результате этого повышается также его надежность. Применение контактных колец, футерованных токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами, позволяет расширить возможности данного токосъем ного устройства в отношении верхнего предела скоростей вращения за счет уменьшения потерь на трение в подвижном контакте, а также увеличить срок службы пружинных контактных элементов. За счет применения в данном токосъемном устройстве пружинных контактных элементов, изготовленных в виде плоской щетки, набранной из отдельных пружинных проволочек, достигается цель повышения долговечности и надежности, так как в таком случае силы прижатия 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 сказывается на стабильности переходного сопротивления.Применение в данном токосъемном устройстве скользящего контакта за счет спирально завернутых пружинных контактных элементов, имеющих возможность самоустанавливаться, позволяет снизить требования к точности изготовления и сборки токо- съемного устройства, например к соосности контактных колец и вала, к точности формы рабочих поверхностей контактных колец.Формула изобретени я1. Токосъемное устройство для передачи электрических сигналов от неподвижных объектов к вращающимся, содержащее корпус с размещенным в нем вращающимся валом с расположенной на нем роторной системой контактных и изолирующих колец и статорной системой с соответствующими контактными и изолирующими кольцами и промежуточные контактные элементы, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности переходного сопротивления, надежности и долговечности контактных элементов, расширения возможности применения, промежуточные контактные элементы выполнены в виде спирально завернутых токопроводящих пружин, один конец каждой из которых жестко укреплен на контактном кольце роторной системы, а другой конец образуетскользящий контакт с внутренней поверхностью контактного кольца статорной си 10 стемы,2, Устройство по п, 1, отличающеесятем, что, с целью обеспечения токосъемапри реверсивном вращении вала, междуконтактным кольцом роторной системы15 контактным кольцом статорной системыустановлено промежуточное контактноекольцо, с внутренней поверхностью которого контактируют свободные концы токопроводящих пружин, токопроводяшие20 пружины спирально завернуты по часовой стрелке и закреплены другими концами на контактном кольце роторной системы, а на наружной поверхности указанногопромежуточного кольца закреплены токо 25 проводящие пружины, спирально завернутые против часовой стрелки, свободныеконцы которых контактируют с внутреннейповерхностью контактного кольца статорной системы.ЗО 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а юш е е с я тем, что спирально завернутыетокопроводящие пружины выполнены в виде пластин.4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающ е е с я тем, что спирально завернутыетокопроводящие пружины выполнены в виде плоских щеток, набранных из пружинящих проволочек,5. Устройство по пп, 1 и 2, отличаю 40 щ е е с я тем, что внутренние поверхностиконтактных колец покрыты токопроводящим полимером с высокими антифрикционными свойствами. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССРМо 98941, кл. Н 01 Р 39/18, 1953.50 2, Лихачев В, С. Испытание тракторов.М., Машгиз, 1963, с, 127.654992 Лиг 7 Составитель В. Чернова Техред А. Камышиикова Корректор О. Тюрина Редактор И. Грузова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 312/11 Изд.231 Тираж 922 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5