Горизонтальное вращающееся контактное устройство для оптико-электронной системы (ВКУ-ОЭС-ГН)

Полезная модель относится к области электротехники, точнее к многоканальным токосъемным устройствам, используемым в электронной технике для передачи электрических сигналов управления и напряжений питания постоянного и переменного токов с неподвижной части изделия на подвижную и обратно. Устройство может быть использовано в телескопах, роботах, в военной технике, башенных кранах и т.п.
Известно токосъемное устройство, содержащее расположенные в радиальном направлении две и более пар неподвижной части изделия и подвижной с размещенными на них изолированными плоскими и лепестковыми электроконтактами, сообщенными посредством проводов с внешними электрическими присоединителями (патент RU № 22678840, H01R 39/00, 2006.01.08).
Данное устройство дает возможность расположить на одной паре неподвижной части изделия и подвижной сильноточные контактные кольца, а слаботочные - на другой. Однако данная конструкция устройства отличается большими размерами в поперечном направлении, что ограничивает применение его в агрегатах, где требуется передача сильных токов различной величины при относительно малом в поперечном направлении монтажном пространстве, в котором должно разместиться это устройство.
Известен многоканальный скользящий токосъемник, содержащий корпус, внутри которого размещен установленный на подшипниковых опорах скольжения центральный вал, неподвижные и подвижные части и токосъемную часть из группы кинематически соединенных с корпусом и центральным валом и взаимодействующих между собой посредством плоских и лепестковых электроконтактов, сообщенных посредством проводов с внешними электрическими присоединителями (патент RU № 2193810, H01R 39/02, 39/08, 2000.11.10). Такая конструкция многоканального скользящего токосъемника слишком сложна и имеет достаточно большие осевые и поперечные габариты и не обеспечивает ремонтопригодность.
Из числа известных аналогов заявляемого технического решения ближайшим прототипом может служить многоканальный скользящий токосъемник, содержащий корпус, внутри которого размещен установленный на подшипниковой опоре центральный вал, и токосъемную часть из группы кинематически связанных с центральным валом и взаимодействующих между собой поворотных и неповоротных электроконтактов, сгруппированных в блок (патент RU № 2351044 С2, H01R 39/00, 27.03.2009).
Из-за наличия сложно выполненной кинематической связи электроконтактов с корпусом и центральным валом затруднен доступ для прокладки (припайки) проводов к электроконтактам, кроме того, невозможна замена вышедших из строя электроконтактов без полной разборки устройства. Все это усложняет конструкцию токосъемного устройства в целом, не обеспечивает ремонтопригодность устройства и требует сложной технологической оснастки для сборки.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, упрощение конструкции и улучшение на этой основе его технико-эксплуатационных качеств, уменьшение габаритов и массы, повышение его ремонтопригодности и технологичности сборки.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемой полезной модели использованы принципиально иные и более простые технические решения по сравнению с прототипом.
Технический результат достигается тем, что неповоротная часть включает статор верхний, статор нижний и статор средний, образующие корпус, блоки контактные сильноточные верхний и нижний, состоящие соответственно из щеткодержателя сильноточного верхнего и нижнего и сильноточных неповоротных электроконтактов, блоки контактные слаботочные верхний и нижний, состоящие соответственно из щеткодержателя слаботочного верхнего и нижнего и слаботочных неповоротных электроконтактов, роторное уплотнение, крышку подшипника, жгуты проводов, соединяющие щеткодержатели с внешними электрическими соединителями (вилками); поворотная часть включает фланец ротора, втулку роторную и втулку опорную, образующие центральный вал, сильноточный вращающийся диск с поворотными электроконтактами, слаботочный вращающийся диск с поворотными электроконтактами, жгуты проводов, соединяющие вращающиеся диски с внешними электрическими соединителями (розетками); блоки контактные установлены на статоры верхний, средний и нижний через прокладки из диэлектрического материала, например стеклотекстолита; сильноточный вращающийся диск выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты) различной ширины в зависимости от силы тока для передачи сильноточных сигналов; слаботочный вращающийся диск выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты) одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов; щеткодержатели сильноточные верхний и нижний выполнены в виде многослойной печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки сильноточных неповоротных электроконтактов; щеткодержатели слаботочные верхний и нижний выполнены в виде двухсторонней печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки слаботочных неповоротных электроконтактов; слаботочные неповоротные электроконтакты устанавливаются на щеткодержатели следующим образом: каждой токопроводящей медной дорожке (слаботочному поворотному электроконтакту) слаботочного вращающегося диска соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов в зависимости от силы тока, половина из которых направлена в одну сторону по ходу вращения диска, половина - в другую сторону против хода вращения диска; сильноточные неповоротные электроконтакты устанавливаются на щеткодержатели радиально, при этом каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (сильноточному поворотному электроконтакту) сильноточного вращающегося диска соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов в зависимости от силы тока; передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из втулки роторной, втулки опорной и фланца ротора, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом; центрирование и передача крутящего момента на сильноточный вращающийся диск, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки роторной, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу; центрирование и передача крутящего момента на слаботочный вращающийся диск, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки опорной, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу; центральный вал имеет цилиндрическую полость, предназначенную для размещения в ней необходимой аппаратуры, например вращающегося оптического перехода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены
на фиг. 1 - общий вид заявляемого горизонтального вращающегося контактного устройства для оптико-электронной системы (далее ВКУ-ОЭС-ГН) (жгуты проводов и внешние электрические соединители неповоротной части и поворотной части условно не показаны);
на фиг. 2 - вид А фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б фиг. 1 (жгуты проводов и внешние электрические соединители поворотной части условно не показаны);
на фиг. 4 - вид В-В фиг. 2 (жгуты проводов и внешние электрические соединители неповоротной части и поворотной части условно не показаны);
на фиг. 5 - блок контактный сильноточный верхний (вид со стороны сильноточного вращающегося диска);
на фиг. 6 - блок контактный сильноточный нижний (вид со стороны сильноточного вращающегося диска);
на фиг. 7 - блок контактный слаботочный верхний (вид со стороны слаботочного вращающегося диска);
на фиг. 8 - блок контактный слаботочный нижний (вид со стороны слаботочного вращающегося диска);
на фиг. 9 - сильноточный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного сильноточного верхнего);
на фиг. 10 - сильноточный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного сильноточного нижнего);
на фиг. 11 - слаботочный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного слаботочного верхнего);
на фиг. 12 - слаботочный вращающийся диск (вид со стороны блока контактного слаботочного нижнего);
на фиг. 13 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
на фиг. 14 - сильноточный неповоротный электроконтакт.
Позиции, указанные на чертежах, соответствуют следующим элементам:
1 - статор верхний;
2 - статор нижний;
3 - статор средний;
4 - щеткодержатель сильноточный верхний;
5 - щеткодержатель сильноточный нижний;
6 - щеткодержатель слаботочный верхний;
7 - щеткодержатель слаботочный нижний;
8 - прокладка щеткодержателя сильноточного верхнего;
9 - прокладка щеткодержателя сильноточного нижнего;
10 - прокладка щеткодержателя слаботочного верхнего;
11 - прокладка щеткодержателя слаботочного нижнего;
12 - крышка подшипника;
13 - жгут проводов неповоротной части;
14 - внешний электрический соединитель (вилка) неповоротной части;
15 - роторное уплотнение;
16 - винт стяжной;
17 - фланец ротора;
18 - втулка роторная;
19 - втулка опорная;
20 - сильноточный вращающийся диск;
21 - слаботочный вращающийся диск;
22 - жгут проводов поворотной части;
23 - внешний электрический соединитель (розетка) поворотной части;
24 - подшипник;
25 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
26 - сильноточный неповоротный электроконтакт;
27 - слаботочный поворотный электроконтакт;
28 - сильноточный поворотный электроконтакт.
Заявляемое ВКУ-ОЭС-ГН (фиг. 1, 2, 3, 4) содержит корпус, состоящий из статора верхнего 1, статора нижнего 2 и статора среднего 3, внутри которого размещен установленный на подшипниковой опоре центральный вал, включающий фланец ротора 17, втулку роторную 18 и втулку опорную 19.
В технологическом отношении названное устройство имеет три сборочные единицы. Первая сборочная единица включает статор верхний 1, прокладку щеткодержателя сильноточного верхнего 8 и подсборку (фиг. 5) - блок контактный сильноточный верхний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13. Вторая сборочная единица включает статор нижний 2, прокладку щеткодержателя слаботочного нижнего 11, роторное уплотнение 15 и подсборку (фиг. 8) - блок контактный слаботочный нижний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13. Третья сборочная единица включает статор средний 3, прокладку щеткодержателя сильноточного нижнего 9, прокладку щеткодержателя слаботочного верхнего 10, подшипник 24, крышку подшипника 12, втулку роторную 18, втулку опорную 19, сильноточный вращающийся диск 20, слаботочный вращающийся диск 21, жгуты проводов поворотной части 22, подсборку (фиг. 6) - блок контактный сильноточный нижний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13 и подсборку (фиг. 7) - блок контактный слаботочный верхний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13. Сборка подсборок (фиг. 5, 6, 7, 8), первой, второй и третьей сборочных единиц осуществляется параллельно. Изделие включает первую, вторую и третью сборочные единицы, которые объединяются с помощью винтов стяжных 16, фланец ротора 17, внешние электрические соединители (вилки) неповоротной части 14 и внешние электрические соединители (розетки) поворотной части 23.
Сильноточный вращающийся диск (фиг. 9, 10) выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (сильноточные поворотные электроконтакты 28) различной ширины в зависимости от силы тока для передачи сильноточных сигналов. Слаботочный вращающийся диск (фиг. 11, 12) выполнен в виде многослойной печатной платы, наружные слои которой имеют концентрические токопроводящие медные дорожки (слаботочные поворотные электроконтакты 27) одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов. В центральной части сильноточного вращающегося диска (фиг. 9, 10) и слаботочного вращающегося диска (фиг. 11, 12) и расположены сквозные металлизированные отверстия печатной платы, предназначенные для припайки жгутов проводов поворотной части 22, соединяющих вращающиеся диски 20, 21 (фиг. 4) с внешними электрическими соединителями (розетками) поворотной части 23 (фиг. 2).
Блоки контактные сильноточные верхний (фиг. 5) и нижний (фиг. 6) состоят соответственно из щеткодержателя сильноточного верхнего 4 и нижнего 5 и сильноточных неповоротных электроконтактов 26. Блоки контактные слаботочные верхний (фиг. 7) и нижний (фиг. 8) состоят соответственно из щеткодержателя слаботочного верхнего 6 и нижнего 7 и слаботочных неповоротных электроконтактов 25.
Щеткодержатели сильноточные верхний 4 и нижний 5 выполнены в виде многослойной печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки сильноточных неповоротных электроконтактов 26.
Щеткодержатели слаботочные верхний 6 и нижний 7 выполнены в виде двухсторонней печатной платы, соответственно нижний и верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 25.
Каждый щеткодержатель имеет выступающую наружную часть, на которой расположены сквозные металлизированные отверстия, предназначенные для припайки жгута проводов неповоротной части 13, соединяющего щеткодержатель с внешним электрическим соединителем (вилкой) неповоротной части 14.
Слаботочные неповоротные электроконтакты 25 устанавливаются на щеткодержатели следующим образом (фиг. 7, 8): каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (слаботочному поворотному электроконтакту 27) слаботочного вращающегося диска 21 соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов 25 в зависимости от силы тока, половина из которых направлена в одну сторону по ходу вращения диска, половина - в другую сторону против хода вращения диска. Сильноточные неповоротные электроконтакты 26 устанавливаются на щеткодержатель радиально (фиг. 5, 6), при этом каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (сильноточному поворотному электроконтакту 28) сильноточного вращающегося диска 20 соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов 26 в зависимости от силы тока.
Неповоротные электроконтакты 25, 26 и поворотные электроконтакты 27, 28 образуют контактные пары (25-27 и 26-28), которые посредством дорожек печатных плат и проводов сообщены с соответствующими внешними электрическими соединителями 14 и 23 соответственно.
Слаботочные неповоротные электроконтакты (фиг. 13) имеют сферический контакт и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами. Сильноточные неповоротные электроконтакты (фиг. 14) имеют накладки из щеточного материала, например бронзографита и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами. Базирование на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет имеющихся у них выступов (фиг. 5, 6, 7, 8, 13, 14). Фиксация на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет пайки их основания и выступов к щеткодержателю (фиг. 5, 6, 7, 8).
Блоки контактные сильноточные верхний и нижний и слаботочные верхний и нижний устанавливаются на статоры верхний 1, средний 2 и нижний 3 через прокладки щеткодержателей сильноточных верхнего 8 и нижнего 9 и слаботочных верхнего 10 и нижнего 11 соответственно. Прокладки щеткодержателей 8, 9, 10 и 11 выполнены из диэлектрического материала, например стеклотекстолита.
Передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из втулки роторной 18, втулки опорной 19 и фланца ротора 17, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом.
Центрирование и передача крутящего момента на сильноточный вращающийся диск 20, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки роторной 18, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу; центрирование и передача крутящего момента на слаботочный вращающийся диск 21, имеющий три паза, осуществляется с помощью втулки опорной 19, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу.
Сборка заявляемого ВКУ-ОЭС-ГН достаточно проста и осуществляется следующим образом.
Вначале параллельно выполняются четыре подсборки:
блоки контактные сильноточные верхний и нижний и слаботочные верхний и нижний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13 собираются путем установки и припайки сильноточных неповоротных электроконтактов 26 на щеткодержатели сильноточные верхний 4 (фиг. 5) и нижний 5 (фиг. 6) и слаботочных неповоротных электроконтактов 25 на щеткодержатели слаботочные верхний 6 (фиг. 7) и нижний 7 (фиг. 8) и припайки жгута проводов неповоротной части 13 к сквозным металлизированным отверстиям, которые расположены на выступающей наружной части щеткодержателей 4, 5, 6 и 7 соответственно.
Далее параллельно осуществляется сборка первой, второй и третьей сборочных единиц.
Последовательность сборки первой сборочной единицы.
1. В статор верхний 1 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя сильноточного верхнего 8 и подсборка (фиг. 5) - блок контактный сильноточный верхний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13.
2. Свободный конец жгута проводов неповоротной части 13 пропускается через предназначенное для этого отверстие в статоре верхнем 1.
Последовательность сборки второй сборочной единицы.
1. В статор нижний 2 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя слаботочного нижнего 11 и подсборка (фиг. 8) - блок контактный слаботочный нижний с припаянным жгутом проводов неповоротной части 13.
2. Свободный конец жгута проводов неповоротной части 13 пропускается через предназначенное для этого отверстие в статоре нижнем 2.
3. В проточку статора нижнего 2 устанавливается роторное уплотнение 15.
Последовательность сборки третьей сборочной единицы.
1. В статор средний 3 устанавливается подшипник 24, который крепится крышкой подшипника 12 с помощью винтов с потайной головкой.
2. В статор средний 3 устанавливаются и закрепляются с помощью винтов с потайной головкой прокладки щеткодержателей сильноточного нижнего 9 и слаботочного верхнего 10 и подсборки блок контактный сильноточный нижний (фиг. 6) и слаботочный верхний (фиг. 7) с припаянными жгутами проводов неповоротной части 13.
3. На внутреннее кольцо подшипника 24 устанавливается втулка опорная 19.
4. На внутреннее кольцо подшипника 24 в зависимости от толщины сильноточного вращающего диска 20 при необходимости устанавливается компенсатор-прокладка.
5. На втулку опорную 19 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой сильноточный вращающийся диск 20 с припаянными жгутами проводов поворотной части 22.
6. На сильноточный вращающийся диск 20 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой втулка роторная 18.
7. На втулку опорную 19 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой слаботочный вращающийся диск 21 с припаянными жгутами проводов поворотной части 22, при этом свободные концы жгутов проводов 22 пропускаются через предназначенные для этого окна втулки опорной 19 и втулки роторной 18.
Последовательность окончательной сборки.
1. Свободные концы жгутов проводов неповоротной части 13, припаянных к блокам контактным сильноточному нижнему и слаботочному верхнему, пропускаются через предназначенные для этого отверстия в статорах верхнем 1 и нижнем 2 соответственно.
2. Первая, вторая и третья сборочные единицы объединяются с помощью винтов стяжных 16 с использованием герметика, нанесенного на торцевые поверхности статора верхнего 1, статора нижнего 2 и статора среднего 3.
3. На втулку роторную 18 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой фланец ротора 17, при этом свободные концы жгутов проводов поворотной части 22 пропускаются через предназначенные для этого окна фланца ротора 17.
4. Вторые концы жгутов проводов неповоротной части 13 и поворотной части 22 припаиваются к внешним электрическим соединителям неповоротной части (вилкам) 14 и поворотной части (розеткам) 23 соответственно.
Демонтаж осуществляется в обратном порядке.
Работает заявляемое ВКУ-ОЭС-ГН следующим образом. Привод вращает центральный вал, который передает вращение на вращающийся диски сильноточный 20 и слаботочный 21, при этом концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты 27 и 28) скользят относительно лепестковых контактов (неповоротных электроконтактов 25 и 26), благодаря чему осуществляется электрическая связь между внешними электрическими соединителями (розетками) поворотной части 23 и внешними электрическими соединителями (вилками) неповоротной части 14.
Эффективность заложенных в конструкцию заявляемого ВКУ-ОЭС-ГН технических решений заключается в упрощении конструкции и улучшении на этой основе его технико-эксплуатационных качеств, уменьшении габаритов и массы, повышении его ремонтопригодности и технологичности сборки.
Заявляемое ВКУ-ОЭС-ГН простое в конструктивном исполнении, имеет достаточное количество одновременно передаваемых токосъемных цепей электрических сигналов различной частоты и мощности. Технология его изготовления и сборки позволяет быстро освоить его производство. Заложенные конструктивные решения позволяют обеспечить быструю замену износившихся трущихся элементов токосъемника, при этом возможна разборка только одной сборочной единицы с неисправным элементом.