Вертикальное вращающееся контактное устройство для оптико-электронной системы (ВКУ-ОЭС-ВН)

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, сообщенных 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).
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 ремонтопригодности устройства и требует сложной технологической оснастки для сборки.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, упрощение конструкции и улучшение на этой основе технико-эксплуатационных качеств, уменьшение габаритов и массы, повышение 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 и статор нижний, образующие корпус, блок контактный верхний, состоящий из щеткодержателя верхнего и слаботочных неповоротных электроконтактов, блок контактный нижний, состоящий из щеткодержателя нижнего, слаботочных неповоротных электроконтактов и сильноточных неповоротных электроконтактов, внешние электрические соединители (socket), роторное уплотнение, крышку подшипника, технологическую заглушку; поворотная часть включает: ротор и подшипниковую втулку, образующие центральный вал, вращающийся диск с поворотными электроконтактами, кольцо прижимное, кожух, на котором установлен внешний электрический соединитель (розетка), жгут проводов, соединяющий вращающийся диск с розеткой; внешние электрические соединители неповоротной части размещены на блоках контактных, которые установлены на статоры верхний и нижний через прокладки из диэлектрического материала, например стеклотекстолита; вращающийся диск выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний слой которой имеет концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты) одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов, а ее нижний слой имеет концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты) различной ширины для передачи слаботочных сигналов и сильноточных сигналов; щеткодержатель верхний выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний наружный слой которой предназначен для установки слаботочных неповоротных электроконтактов, щеткодержатель нижний выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний наружный слой которой предназначен для установки слаботочных неповоротных электроконтактов и сильноточных неповоротных электроконтактов; слаботочные неповоротные электроконтакты устанавливаются на щеткодержатели следующим образом: каждой токопроводящей медной дорожке соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов в зависимости от силы тока, половина из которых направлена в одну сторону по ходу вращения диска, вторая половина - в другую сторону против хода вращения диска, сильноточные неповоротные электроконтакты устанавливаются на щеткодержатель радиально, при этом каждой концентрической токопроводящей медной дорожке вращающегося диска соответствует определенное количество сильноточных неповоротных электроконтактов в зависимости от силы тока; передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из ротора, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом, и подшипниковой втулки; центрирование и передача крутящего момента на вращающийся диск, имеющий три паза, осуществляется с помощью подшипниковой втулки, имеющей три уступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу; для фиксации вращающегося диска используется прижимное кольцо, которое крепится к подшипниковой втулке с помощью винтов с потайной головкой. Прижимное кольцо имеет пазы, используемые для совмещения шлицов ротора с приводом; технологическая заглушка выполнена в виде диска, установлена через герметизирующую прокладку в центре статора нижнего и закрывает технологическое окно, предназначенное для доступа к поворотной части при установке токосъемника на привод.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - общий вид заявляемого вертикального вращающегося контактного устройства для оптико-электронной системы (далее ВКУ-ОЭС-ВН):
на фиг. 2 - вид А на фиг.1;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - вид В-В на фиг. 2;
на фиг. 5 - блок контактный верхний (вид со стороны вращающегося диска) с установленным внешним электрическим соединителем (sосkеt);
на фиг. 6 - блок контактный нижний (вид со стороны вращающегося диска) с установленным внешним электрическим соединителем (sосkеt);
на фиг. 7 - вращающийся диск (вид со стороны блока контактного верхнего);
на фиг. 8 - вращающийся диск (вид со стороны блока контактного нижнего);
на фиг. 9 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
на фиг.10 - сильноточный неповоротный электроконтакт.
Позиции, указанные на чертежах, соответствуют следующим элементам:
1 - статор верхний;
2 - статор нижний;
3 - щеткодержатель верхний;
4 - щеткодержатель нижний;
5 - прокладка щеткодержателя верхнего;
6 - прокладка щеткодержателя нижнего;
7 - внешний электрический соединитель (sосkеt) неповоротной части;
8 - роторное уплотнение;
9 - крышка подшипника;
10 - технологическая заглушка;
11 - прокладка технологической заглушки;
12 - винт стяжной;
13 - кожух;
14 - ротор;
15 - подшипниковая втулка;
16 - вращающийся диск;
17 - кольцо прижимное;
18 - жгут проводов поворотной части;
19 - внешний электрический соединитель (розетка) поворотной части;
20 - подшипник;
21 - слаботочный неповоротный электроконтакт;
22 - сильноточный неповоротный электроконтакт;
23 - слаботочный поворотный электроконтакт;
24 - сильноточный поворотный электроконтакт.
Заявляемое ВКУ-ОЭС-ВН (фиг. 1, 2, 3, 4) содержит корпус, состоящий из статора верхнего 1 и статора нижнего 2, внутри которого размещен установленный на подшипниковой опоре центральный вал, включающий ротор 14 и подшипниковую втулку 15.
В технологическом отношении названное устройство имеет две сборочные единицы. Первая сборочная единица включает: статор верхний 1, прокладку щеткодержателя верхнего 5, роторное уплотнение 8, кожух 13, ротор 14, подшипниковую втулку 15, вращающийся диск 16, кольцо прижимное 17, подшипник 20, крышку подшипника 9, жгут проводов поворотной части 18, внешний электрический соединитель (розетку) поворотной части 19 и подсборку (фиг. 5) - блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7. Вторая сборочная единица включает: статор нижний 2, прокладку щеткодержателя нижнего 6, технологическую заглушку 10, прокладку технологической заглушку 11 и подсборку (фиг. 6) - блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7. Сборка подсборок (фиг. 5, 6) первой и второй сборочных единиц осуществляется параллельно. Первая и вторая сборочные единицы объединяются в изделие с помощью винтов стяжных 12.
Вращающийся диск (фиг. 7, 8) выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний слой которой имеет концентрические токопроводящие медные дорожки (слаботочные поворотные электроконтакты 23) одинаковой ширины для передачи слаботочных сигналов, а ее нижний слой имеет концентрические токопроводящие медные дорожки (слаботочные поворотные электроконтакты 23 и сильноточные поворотные электроконтакты 24) различной ширины для передачи слаботочных сигналов и сильноточных сигналов. В центре вращающегося диска (фиг. 7, 8) расположены сквозные металлизированные отверстия печатной платы, предназначенные для припайки жгута проводов поворотной части 18 (фиг. 4), соединяющего вращающийся диск 16 (фиг. 4) с внешним электрическим соединителем (розеткой) поворотной части 19 (фиг. 4).
Блок контактный верхний (фиг. 5) состоит из щеткодержателя верхнего 3 и слаботочных неповоротных электроконтактов 21. Блок контактный нижний (фиг. 6) состоит из щеткодержателя нижнего 4, слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22.
Щеткодержатель верхний 3 выполнен в виде многослойной печатной платы, нижний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21, также он имеет посадочное место для установки и припайки внешнего электрического соединителя (sосkеt) неповоротной части 7. Щеткодержатель нижний 4 выполнен в виде многослойной печатной платы, верхний наружный слой которой предназначен для установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22, также он имеет посадочное место для установки и припайки внешнего электрического соединителя (sосkеt) неповоротной части 7.
Слаботочные неповоротные электроконтакты 21 устанавливаются на щеткодержатели следующим образом (фиг. 5, 6): каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (слаботочному поворотному электроконтакту 23) вращающегося диска 16 соответствует четное количество слаботочных неповоротных электроконтактов 21 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 22 устанавливаются на щеткодержатель радиально (фиг. 6), при этом каждой концентрической токопроводящей медной дорожке (сильноточному поворотному электроконтакту 24) вращающегося диска 16 соответствует количество сильноточных неповоротных электроконтактов 22 в зависимости от силы тока.
Неповоротные электроконтакты 21, 22 и поворотные электроконтакты 23, 24 образуют контактные пары (21-23 и 22-24), которые посредством дорожек печатных плат и проводов сообщены с соответствующими внешними электрическими соединителями 7 и 19 соответственно.
Слаботочные неповоротные электроконтакты (фиг. 9) имеют сферический контакт и представляют из себя лепестковые контакты из токопроводящего материала с пружинящими свойствами. Сильноточные неповоротные электроконтакты (фиг. 10) 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, 9, 10). Фиксация на щеткодержателях неповоротных электроконтактов осуществляется за счет пайки их основания и выступов к щеткодержателю (фиг. 5, 6).
Блоки контактные верхний и нижний устанавливаются на статоры верхний 1 и нижний 2 через прокладки щеткодержателей верхнего 5 и нижнего 6 соответственно. Прокладки щеткодержателей 5 и 6 выполнены из диэлектрического материала, например стеклотекстолита.
Передача вращения подвижной части осуществляется на центральный вал, состоящий из ротора 14, имеющего шлицы, обеспечивающие сцепление с приводом, и подшипниковой втулки 15.
Центрирование и передача крутящего момента на вращающийся диск 16, имеющий три паза, осуществляется с помощью подшипниковой втулки 15, имеющей три выступа, расположенных по наружной окружности под углом 120° друг к другу.
Сборка заявляемого ВКУ-ОЭС-ВН достаточно проста и осуществляется следующим образом.
Вначале параллельно выполняются подсборки:
блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7 путем установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и установки и припайки внешнего электрического соединителя (sосkеt) неповоротной части 7 на щеткодержатель верхний 3 (фиг. 5);
блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7 путем установки и припайки слаботочных неповоротных электроконтактов 21 и сильноточных неповоротных электроконтактов 22 и установки и припайки внешнего электрического соединителя (sосkеt) неповоротной части 7 на щеткодержатель нижний 4 (фиг. 6).
Далее параллельно осуществляется сборка первой и второй сборочных единиц.
Последовательность сборки первой сборочной единицы
1. В статор верхний 1 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя верхнего 5 и подсборка (фиг. 5) - блок контактный верхний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7.
2. В статор верхний 1 устанавливается подшипник 20, который крепится крышкой подшипника 9 с помощью винтов с потайной головкой.
3. В проточку статора верхнего 1 устанавливается роторное уплотнение 8.
4. На внутреннее кольцо подшипника 20 одновременно устанавливаются ротор 14 и подшипниковая втулка 15. Они скрепляются с помощью винтов с потайной головкой.
5. На подшипниковую втулку 15 устанавливается вращающийся диск 16, который крепится кольцом прижимным 17 с помощью винтов с потайной головкой.
6. К сквозным металлизированным отверстиям вращающегося диска 16 припаивается жгут проводов поворотной части 18.
7. Второй конец жгута проводов 18 припаивается к внешнему электрическому соединителю (розетке) поворотной части 19.
8. Внешний электрический соединитель (розетка) поворотной части 19 закрепляется в кожухе 13.
9. Кожух 13 крепится к ротору 14 с помощью винтов.
Последовательность сборки второй сборочной единицы
1. В статор нижний 2 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка щеткодержателя нижнего 6 и подсборка (фиг. 6) - блок контактный нижний с внешним электрическим соединителем (sосkеt) неповоротной части 7.
2. В статор нижний 2 устанавливается и закрепляется с помощью винтов с потайной головкой прокладка технологической заглушки 11 и технологическая заглушка 10.
Окончательная сборка.
Первая и вторая сборочные единицы объединяются в многоканальное вращающееся устройство вертикального наведения с скользящими токосъемниками с помощью винтов стяжных 12 с использованием герметика, нанесенного на торцевые поверхности статора верхнего 1 и статора нижнего 2.
Демонтаж осуществляется в обратном порядке.
Работает заявляемое ВКУ-ОЭС-ВН следующим образом. Привод вращает центральный вал, который передает вращение на вращающийся диск 16, при этом концентрические токопроводящие медные дорожки (поворотные электроконтакты 23 и 24) скользят относительно лепестковых контактов (неповоротных электроконтактов 21 и 22), благодаря чему осуществляется электрическая связь между внешним электрическим соединителем (розеткой) поворотной части 19 и внешними электрическими соединителями (sосkеt) неповоротной части 7.
Эффективность заложенных в конструкцию заявляемого ВКУ-ОЭС-ВН 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-ВН 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.