книги из ГПНТБ / Поне Ю.П. Расчет и конструирование аппаратуры проводной связи учеб. для техникумов

Жесткость пружины

Работа пружины

закрепления. Это невыгодно, так как создает перегрузку и вызы­ вает усталость пружины.

тактных пружин, расположенных и надёжно закрепленных в опре­ деленном порядке. Такая конструктивная замкнутость способ­ ствует унификации и повторяемости изделий, так как из неболь­ шого набора контактных групп и катушек можно получить много различных вариантов устройств данного типа. Точность и надеж­ ность работы контактных групп во многом зависит от точности взаимной ориентации контактных пружин в пакете и от точности попадания друг на друга находящихся в одной паре замыкающихся контактов.

При конструировании контактных групп предпочтение следует отдавать пакетам, в которых контактные пружины точно располо­ жены и скреплены еще до их установки в устройство, как это сде-

140

лано, например, у реле РЭС-14 и МКС. Менее технологичны кон­ струкции, в которых отдельные контактные пружины и изоля­ ционные прокладки набираются непосредственно при сборке изделия.

Виды контактных групп. По конструктивному принципу различают три вида контактных групп: без предварительного напряжения контактных пружин; с предварительным напряже­ нием; с электромагнитным управлением.

Рис. 6.4. Контактная группа с предварительным

тактной пружины 4 создается в результате освобождения по­ движной контактной пружины 5, напряженной при сборке. Во время перемещения на толкатель 2 одновременно, но с противо­ положных напряжений давят замыкающая 5 и размыкающая 3 подвижные контактные пружины, причем их силы почти уравно­ вешиваются. Чтобы придать контактной группе определенность положения, в нее введена специальная возвратная пружина 1, прижимающая толкатель 2 к ярму 6 до начала движения, а затем возвращающая подвижные пружины 3 и'5 в исходное положение.

Так работают контактные группы реле РЭС-14 и МКС. Они просты в изготовлении, затрачивают на переключение мало ра­ боты. К их преимуществам относится и то, что фиксирование контактных пружин происходит не по контуру, а при помощи специальных выступов в прессованном из пластмассы основании 7, что позволяет сборку пакета вести целыми контактными группами. Изготовление таких контактных групп поддается автоматизации.

выполняет сама контактная пружина, что значительно увели­ чивает быстродействие и чувствительность всего реле. По этому

141

принципу построены магнитоуправляемые контакты — герконы (табл. 6.3, рис. 6.5).

В последнее время в СССР разработаны и уже выпускаются магнитоуправляемые контакты (МК), которые можно разделить на три группы: а) контакты, работающие на замыкание; б) пере­ ключающие контакты; в) ртутные магнитоуправляемые контакты.

и относятся к «сухим» типам. Их недостатки: малая величина ком­ мутируемых токов, малое число контактных групп в одной колбе, дребезг контактов при замыкании, высокий уровень наводимых помех, небольшое пробивное напряжение между контактами (400—600 В), хрупкость стеклянной колбы.

Ртутные МК в конструктивном отношении отличаются от «су­ хих» лишь тем, что их колба на 0,1—0,15 объема наполнена ртутью. Подача ртути на контактирующие поверхности проис-

142

ходит по капиллярам, изготовленным из сплавов платины, хорошо смачиваемых ртутью. При переключении контакта ртуть в течение некоторого времени тянется за ним, образуя ртутный мостик. Ртутные контакты не дребезжат, отличаются стабильностью пере­ ходного контактного сопротивления, большой коммутируемой мощностью (до 250 Вт) и длительным сроком службы. Однако область их применения ограничивается температурой окружающей среды (от —10 до +50° С), а также тем, что они не допускают от­ клонения от вертикали больше, чем на 30°.

Рис. 6.6. К графическому расчету контакт­ ной группы

Расчет механических характеристик контактных групп. Полный расчет весьма сложен, в связи с чем при конструировании идут на ряд упрощений, вносящих в получаемые результаты значительные неточности. Так, пренебрегают трением в пружине, не учитывают надреза в конце контактной пластины, выполняемого для создания двух относительно независимых контактов, считают, что место упора пружины о толкатель приходится точно на его середину, и т. п. Практика знает два способа расчета: аналитический и гра­ фический.

В зависимости от материала и геометрических размеров пружин подсчитывают значения различных коэффициентов для каждого типа пружины. Общую нагрузку определяют как сумму нагрузок всех отдельных пружин. Аналитический метод с успехом исполь­ зуется в массовом производстве.

Г р а ф и ч е с к и й м е т о д р а с ч е т а менее точен, но весьма нагляден и широко используется при разработке новых типов контактных групп. Для каждой пружины подсчитывают и

143

графически изображают диаграмму сила—перемещение. Общее необходимое усилие определяют как сумму сил отдельных пружин.

На рис. 6.6, а показана контактная группа без предваритель­ ного напряжения, с одним переключением и одним размыканием, при внешнем расположении толкателя. Для каждой контактной пружины рассчитывают и зарисовывают особую диаграмму сила— перемещение, что показано на рис. 6.6, б. Диаграмма изменения общего усилия P s всей контактной группы равна сумме сил от­ дельных пружин.

§ 6.4. Разъемы

Одним из наиболее ответственных конструкционных элементов современной аппаратуры связи является разъем. Применение разъемов обеспечивает конструктивную замкнутость функцио­ нальных блоков, их взаимозаменяемость при изготовлении и экс­ плуатации, блочное построение оборудования при его высокой унификации, высокую ремонтоспособность. Номенклатура разъ­ емов велика. Чаще всего применяются: приборные цилиндриче­ ские и прямоугольные разъемы, разъемы для печатного монтажа, вилки и розетки, контрольные гнезда.

Требования к конструкции. Любой разъем состоит из гнездной и штыревой частей. Обычно штыревую (ножевую) часть устанав­ ливают на врубной блок, а гнездную закрепляют неподвижно на стативе или каркасе. Это отвечает правилам техники безопасности.

. Каждая из частей разъема состоит из определенного количества контактных элементов (гнезд и штырей), корпуса из высококаче­ ственного изоляционного материала и двух ловителей, назначение которых — обеспечивать попадание штыря точно в его гнездо. В свою очередь, каждый контактный элемент состоит из непо­ средственно контактирующей поверхности, тела и вывода, слу­ жащего для присоединения к проводникам жгута посредством пайки, сварки или навивки или для запайки в печатный монтаж.

Контактные поверхности должны быть гладкими и чистыми. Их покрывают благородными металлами, чтобы обеспечить низкое и стабильное переходное сопротивление в течение всего времени

.эксплуатации (до 40 лет). Они должны хорошо сопротивляться истиранию и выдерживать 500 соединений.

Переходное сопротивление и надежность во многом зависят от качества покрытия и контактного давления Рк. Высокое давление обеспечивает надежность контакта, но увеличивает силу трения при врубании, а стало быть, и износ контактирующих поверх­ ностей. Минимально необходимая ;величина контактного давле­

144

б) для контакта по линии

Коэффициент k зависит от конструкции контактной пары и определяется экспериментально. После расчета Рк к нему добав­ ляют запас на технологические погрешности и на износ. Контакт­ ное давление не следует чрезмерно увеличивать, чтобы не вызы­ вать остаточных деформаций в пружинящих элементах.

Величина AR зависит от материала контакта, как это пока­ зано на рис. 6.7. Начиная с определенного значения давления, возникает пластическая деформация микронеровностей поверх­ ности, вследствие чего вели­ чина статической нестабиль­ ности уменьшается.

Высокую надежность и низкое переходное сопротивление в разъ­ емах можно обеспечить и без повышения контактного давления — применением многоточечных контактных пар, например в гиперболоидном гнезде. Этот путь предпочтительнее, так как умень­ шает вероятность отказа из-за случайного загрязнения места контактирования. К тому же гнезда можно изготовлять самоцен­ трирующимися относительно врубаемого штыря.

По характеру контактирования разъемы подразделяются на

пружинящими деталями, и это давление сохраняется все время эксплуатации. В АПС почти везде применены именно эти разъемы. У разъемов с о п а и в а е м ы м и к о н т а к т а м и при из­ готовлении создается обычное холодное контактирование, ко­ торое дублируется паяным соединением при эксплуатации. Эти разъемы применяются только в местах, гае требуется очень на­ дежное электрическое соединение, способное длительно работать

нии, невелико, но затем его увеличивают с помощью специальных устройств.

Штыри и гнезда. Каждая контактная пара в разъеме состоит из штыря и гнезда, принципиальные конструкции которых пока-

и)

Рис. 6.8. Штыри и гнезда разъемов

заны на рис. 6.8. Имеются ш т ы р и : цилиндрические сплошные

Цилиндрические сплошные штыри (рис. 6.8, а) применяются в простых одноконтактных и двухконтактных разъемах для со­ членения с гнездами, имеющими пружинящие детали (рис. 6.8, е, ж, и). Изготовляют эти штыри из прутковой латуни и для улуч­ шения контакта покрывают слоем серебра или золота. Приме­ няются ввиду их низкой надежности только в бытовой аппаратуре и для подключения приборов.

Цилиндрические разрезные штыри (рис. 6.8, б) лучше сплош­ ных, так как контактное давление повышается благодаря упру­ гости их половинок. Применяются для сочленения с гнездами, по­ казанными на рис. 6.8, е и 3. Надежность контакта обеспечивается касанием по двум противоположным поверхностям.

146

в'направлении его отрыва от платы. Свободное плавание гнезда без переноса усилия на плату обеспечивается многократными пружинящими изгибами паяльного вывода гнезда.

Третья особенность разъемов для печатных плат состоит в за­ мене штырьевой части разъема самой печатной платой, в которой роль штырей выполняют полости печатных проводников.

На рис. 6.9 показано несколько вариантов такой конструкции разъема. Недостатком варианта, представленного на рис. 6.9, а, является касательное давление на фольгу при врубании: можно зацепить конец проводника и сорвать его. Частично эта опасность

вставления прижимается контактная пружина гнездовой части (рис. 6.9, г).

Контакты устанавливают в пластмассовые или керамические корпуса-изоляторы. Последние должны обладать хорошими меха­ ническими и диэлектрическими свойствами, что обеспечивается соответствующим выбором материалов и конструкцией формы.

Как правило, в АПС для разъемов применяют пластмассовые корпуса-изоляторы (например, АГ-4В, ДСВ, СП-68, К18-2).

Глава 7

Электромагнитные механизмы

§7.1. Общие положения

Всуществующей аппаратуре проводной связи применяется множество электромагнитных механизмов. Основными электро­ магнитными механизмами АПС являются: электромагнитные реле, шаговые искатели (ШИ), декадно-шаговые искатели (ДШИ), многократные координатные соединители (МКС) и реле на магнитоуправляемых контактах.

Вкоммутаторной аппаратуре электромагнитные механизмы

режимами работ отдельных систем, блоков и устройств, для реали­ зации основных логических функций в пределах отдельных уст­ ройств и блоков. На основе электромагнитных механизмов могут создаваться целые системы комплексной автоматики и коммута­ ции. Наконец, электромагнитные механизмы с успехом служат целям контроля, защиты, измерения, счета, запоминания, коди­ рования и т. п.

Широкое применение электромагнитных механизмов объяс­ няется главным образом тем, что они хорошо сочетают в себе два основных свойства, необходимых для любой контактной системы:

148

высокую коммутационную способность (большое количество одно­ временно управляемых цепей) и высокий коммутационный коэф­ фициент, или коэффициент перепада по сопротивлению, характе­ ризующийся отношением

где Rp и R3 — сопротивления контакта соответственно в разом­ кнутом и замкнутом состояниях.

Чем выше значение коэффициента перепада, тем выше каче­ ство контакта. Для электромагнитных механизмов значение этого коэффициента достигает 101 0 —101 2 .

§ 7.2. Электромагниты постоянного тока

Чтобы электромагнит постоянного тока сработал, сила, притя­ гивающая его якорь, должна преодолеть инерцию и силу трения якоря, а также упругость и контактное давление контактных пружин. Поскольку масса подвижных частей невелика, а трение

т. е. при спокойном положении электромагнита, якорь не испы­ тывает давления. Когда якорь начинает притягиваться к сердеч­ нику электромагнита, то на расстоянии свободного хода якоря натягивается возвратная пружина. При этом плавно возрастает нагрузка на прямой аб. Как только якорь касается своим упором нижней рабочей пружины электромагнита и начинает преодоле­ вать ее давление, нагрузка на якорь резко возрастает по пря­ мой бв. После этого упор якоря изгибает рабочую пружину, что дает возрастание нагрузки и характеризуется на графике пря­ мой вг. Соприкосновение нижней пружины с верхней (замыкание

149