токопроводящее соединение

Формула изобретения

Токопроводящее соединение, содержащее деформируемый элемент, установленный в канавках, выполненных в соединяемых деталях, отличающееся тем, что канавки выполнены кольцевыми, глубина которых ориентирована перпендикулярно направлению приложения силы сжатия деформируемого элемента при соединении деталей, между канавками образован дополнительный замкнутый объем, причем объем деформируемого элемента менее или равен суммарному объему канавок и дополнительного замкнутого объема, а деформируемый элемент выполнен из пластичного токопроводящего материала, предел текучести которого меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к узлам электрических соединений в устройствах для получения сильных и сверхсильных магнитных полей и мегаамперных токов.

Известно токопроводящее соединение, используемое в спиральном соленоиде для получения сильных импульсных магнитных полей и токов (см. Г. Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М.: Мир, 1972, с. 182, рис. 7.4), содержащее плоскую шину и электродный диск с лыской, соединенные между собой при помощи U-образного болта. При этом электрический контакт соединяемых деталей осуществляется по плоским поверхностям.

Недостатком данного соединения является его низкая надежность из-за возможности появления между контактами электрической дуги, возникающей под действием сильного магнитного поля, раздвигающего контакты и, как следствие, приводящее к увеличению переходного сопротивления, тем самым увеличивая потери магнитного потока.

Известно также токопроводящее соединение, используемое в коаксиальном взрывомагнитном генераторе (см. Сверхсильные магнитные поля. Труды третьей международной конференции. /Под ред. В.М. Титова, Г.А. Швецова. М.: Наука, 1984, с. 327). В этом устройстве, содержащем центральную, проводящую ток цилиндрическую трубу, снаряженную зарядом взрывчатого вещества, и коаксиально расположенный внешний статор, состоящий из двух частей, электрическое соединение частей статора осуществляется посредством фланцевого соединения с помощью болтов. При этом электрический контакт осуществляется также по плоским контактным поверхностям.

Этому соединению присущи те же недостатки, что и в описанном выше токопроводящем соединении.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является токопроводящее соединение (см. заявка N 58-20461, Япония, МКИ H 01 R 4/28, публикация 23.04.83), содержащее деформируемый элемент, установленный в канавках, выполненных в соединяемых деталях. Соединяемые детали представляют собой плоские шины, наложенные друг на друга, скрепленные между собой стяжным болтом. Деформируемый элемент выполнен в виде прямой полой ромбовидной призмы, у которой одна из четырех граней разрезана, и установлен в расположенных напротив друг друга V-образных канавках соединяемых деталей. При этом глубина канавок ориентирована параллельно направлению приложения силы сжатия деформируемого элемента при соединении деталей.

Недостатком прототипа является низкая надежность соединения при действии сильных магнитных полей и токов, поскольку под действием сильного магнитного поля, раздвигающего контакты, происходит уменьшение силы упругости деформируемого элемента и уменьшение контактного давления, вследствие чего уменьшается действительная площадь соприкосновения контактных поверхностей, что приводит, в свою очередь, к увеличению переходного сопротивления.

Кроме того, данное соединение требует принятия дополнительных мер по устранению окисных пленок на контактных поверхностях, также увеличивающих переходное сопротивление.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение переходного сопротивления в соединяемых токонесущих деталях при действии сильных и сверхсильных магнитных полей и мегаамперных токов.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение надежности токопроводящего соединения.

Это достигается тем, что по сравнению с известным токопроводящим соединением, содержащим деформируемый элемент, установленный в канавках, выполненных в соединяемых деталях, новым является то, что канавки выполнены кольцевыми, глубина "h" которых ориентирована перпендикулярно направлению приложения силы сжатия диформируемого элемента при соединении деталей, между канавками образован дополнительный замкнутый объем, причем объем деформируемого элемента менее или равен суммарному объему канавок и дополнительного замкнутого объема, а деформируемый элемент выполнен из пластичного токопроводящего материала, предел текучести которого меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей.

Выполнение в соединяемых деталях канавок кольцевыми необходимо для получения замкнутых контактных поверхностей токонесущих деталей, что позволяет ограничить доступ воздуха к ним и тем самым уменьшается возможность их окисления. Кроме того, при выполнении канавок кольцевыми увеличивается общая, а значит и действительная площадь соприкосновения контактных поверхностей, что позволяет уменьшить величину переходного сопротивления.

Помимо этого, при затекании материала деформируемого элемента в кольцевые канавки последние служат для ограничения перемещения соединяемых деталей друг относительно друга в направлении, перпендикулярном приложению силы сжатия деформируемого элемента при соединении деталей.

Ориентация глубины "h" кольцевых канавок перпендикулярно направлению приложения силы сжатия деформируемого элемента при соединении деталей необходима для ограничения перемещения соединяемых деталей (при затекании материала деформируемого элемента в канавки) друг относительно друга в направлении, параллельном приложению силы сжатия деформируемого элемента, что позволяет, таким образом, при условии выполнения канавок кольцевыми, получить полностью неразъемное токопроводящее соединение при действии внешних сил любых направлений.

Наличие дополнительного замкнутого объема между канавками необходимо для расположения деформируемого элемента между соединяемыми деталями и обеспечения возможности приложения силы сжатия деформируемого элемента при соединении деталей перпендикулярно глубине "h" кольцевых канавок с затеканием материала деформируемого элемента в канавки, что необходимо для получения неразъемного соединения.

Помимо этого, введение дополнительного замкнутого объема между канавками позволяет варьировать ширину канавок, исходя из условия обеспечения требуемого времени жизни контакта при действии сильных импульсных магнитных полей и токов.

Кроме того, выполнение дополнительного объема между канавками замкнутым позволяет обеспечить получение герметичного, вакуумно-плотного токопроводящего соединения.

Выполнение объема деформируемого элемента менее или равного суммарному объему канавок и дополнительного замкнутого объема между канавками обеспечивает возможность расположения соединяемых деталей друг относительно друга с требуемой точностью, исключив при этом возникновение в соединяемых деталях напряжений, приводящих к уменьшению их прочности при стягивании деталей, и ограничивая сжатие деформируемого элемента сверх заданного усилия. Кроме того, это позволяет варьировать глубину затекания материала деформируемого элемента в канавки, упрощая, таким образом, технологию сборки и повышая надежность соединения.

Выполнение деформируемого элемента из пластичного токопроводящего материала необходимо для снижения требуемого для его сжатия усилия, что позволяет уменьшить опасность появления трещин и надрывов и получить, в конечном счете, более прочное холодносварное соединение с низким электрическим сопротивлением. Кроме того, это позволяет применять в соединении более твердые и прочные материалы и при прочих равных условиях повышает производительность операций крепления соединяемых деталей.

Применение деформируемого элемента из материала, предел текучести которого меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей, необходимо для обеспечения затекания материала деформируемого элемента в канавки соединяемых деталей, исключая при этом деформацию соединяемых деталей и обеспечивая требуемое их взаимное расположение, что также приводит к получению прочного токопроводящего соединения. Кроме того, в момент сдвига деформируемого элемента в канавки соединяемых деталей за счет применения более твердых материалов соединяемых деталей происходит снятие возможной окисной пленки и ее разрушение на контактных поверхностях соединяемых деталей и деформируемого элемента, что позволяет получить надежный контакт между соединяемыми деталями с меньшим электрическим сопротивлением без принятия дополнительных мер по устранению окисных пленок.

В условиях расхождения соединяемых деталей под действием сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей и мегаамперных токов происходит частичный срез деформируемого элемента в канавках соединяемых деталей, при этом передача тока происходит через остающуюся целой часть деформируемого элемента, сохраняя тем самым электрический контакт без увеличения переходного сопротивления.

Таким образом повышается надежность токопроводящего соединения и достигается положительный эффект.

На фиг. 1 изображено заявляемое токопроводящее соединение до момента приложения силы сжатия деформируемого элемента при стягивании соединяемых деталей.

На фиг. 2 изображено заявляемое токопроводящее соединение после прекращения действия силы сжатия деформируемого элемента в исполнении, когда кольцевые канавки, выполненные в соединяемых деталях, расположены напротив друг друга.

На фиг. 3 изображено заявляемое токопроводящее соединение после прекращения действия силы сжатия деформируемого элемента в исполнении, когда кольцевые канавки, выполненные в соединяемых деталях, расположены со смещением друг относительно друга.

Заявляемое токопроводящее соединение включает деформируемый элемент 1, установленный в канавках 2, выполненных в соединяемых деталях 3 и 4. Канавки 2 выполнены кольцевыми, глубина "h" которых ориентирована перпендикулярно направлению приложения силы сжатия деформируемого элемента 1 при соединении деталей 3 и 4. Между канавками 2 образован дополнительный замкнутый объем 5. Объем деформируемого элемента 1 менее или равен суммарному объему канавок 2 и дополнительного замкнутого объема 5.

Деформируемый элемент 1 выполнен из пластичного токопроводящего материала, предел текучести которого меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей 3 и 4. Между соединяемыми деталями 3 и 4 для обеспечения передачи тока через деформируемый элемент 1 образован гарантированный зазор 6.

В примере конкретного выполнения предлагаемое токопроводящее соединение (см. фиг. 2) содержит деформируемый элемент 1, представляющий собой разрезное концентрическое кольцо круглого сечения, изготовленное из отожженной алюминиевой проволоки марки АМ диаметром 3,6 мм, который установлен в кольцевых канавках 2, имеющих прямоугольную форму с шириной 1,8 мм и глубиной 1,1 мм, суммарный объем которых равен 13 см³, выполненных в соединяемых деталях 3 и 4, представляющих собой удлиненные полые цилиндры с внутренним диаметром 1034 мм и толщиной стенок 17 мм, изготовленных из стали 3. Кольцевые канавки 2 выполнены в соединяемых деталях 3 и 4 таким образом, чтобы глубина "h" канавок была ориентирована перпендикулярно силе сжатия деформируемого элемента 1 при соединении деталей 3 и 4, а между канавками 2 для расположения деформируемого элемента 1, объем которого равен 33,5 см³, образован дополнительный замкнутый объем 5, равный 22 см³. Таким образом, объем деформируемого элемента 1 меньше суммарного объема кольцевых канавок 2 и дополнительного замкнутого объема 5.

При этом предел текучести материала деформируемого элемента 1 равен 5 кг/мм², что значительно меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей 3 и 4, равного 40 кг/мм².

Деформируемый элемент, выполненный из алюминиевой проволоки и расположенный между стальными соединяемыми деталями, предназначен для передачи тока с низким переходным электрическим сопротивлением.

Выполнение деформируемого элемента в виде разрезного концентрического кольца позволяет снизить стоимость его изготовления, что особенно важно в токопроводящем соединении большого диаметра.

Отжиг материала деформируемого элемента необходим для снижения усилия сжатия при его запрессовке в кольцевые канавки соединяемых деталей, что обеспечивает получение прочного холодносварного токопроводящего соединения.

Выполнение в соединяемых деталях кольцевых канавок, глубина которых ориентирована перпендикулярно направлению силы сжатия деформируемого элемента, необходимо при затекании материала деформируемого элемента в канавки для получения неразъемного токопроводящего соединения при действии внешних сил в любых направлениях.

Кроме того, придание канавкам прямоугольной формы позволяет по сравнению, например, с полукруглыми канавками более надежно фиксировать деформируемый элемент в соединяемых деталях в направлении, параллельном приложению силы при его сжатии.

Выполнение объема деформируемого элемента меньше суммарного объема кольцевых канавок и дополнительного замкнутого объема между канавками необходимо для затекания материала на глубину, равную 1 мм, что меньше действительной глубины каждой канавки.

Это обеспечивает точное расположение соединяемых деталей друг относительно друга и упрощает технологию сборки токопроводящего соединения, тем самым повышая его надежность.

Изготовление деформируемого элемента из алюминия, предел текучести которого значительно меньше предела прочности при сжатии материала соединяемых деталей, выполненных из стали, необходимо для снятия и разрушения возможной окисной пленки на контактных поверхностях соединяемых деталей и деформируемого элемента, что обеспечивает надежный контакт между соединяемыми деталями с низким переходным сопротивлением.

Кроме того, при затекании материала деформируемого элемента в канавки исключается возможность деформации соединяемых деталей и обеспечивается заданное их взаимное расположение.

Соединение токонесущих деталей выполняется следующим образом.

Соединяемую деталь 3 (см. фиг. 1) устанавливают на опорную подставку. В детали 3 напротив кольцевой канавки 2 устанавливают деформируемый элемент 1. Со стороны, противоположной опорной подставке, подводят соединяемую деталь 4 и центрируют ее выступающим буртиком на цилиндрической поверхности детали 3. Далее опускают деталь 4 до соприкосновения с деформируемым элементом 1. При помощи, например, пресса производят сжатие деформируемого элемента 1. При этом фиксация соединяемых деталей (см. фиг. 1, 2) осуществляется по наружным конструктивным выступам деталей 3 и 4, взаимное расположение которых относительно канавок выбрано таким образом, чтобы деформируемый элемент 1 заполнил кольцевые канавки 2 на заданную глубину и канавки были расположены напротив друг друга.

При стягивании соединяемых деталей 3 и 4 происходит сжатие деформируемого элемента 1 между канавками 2 с изменением его первоначальной формы, при этом выбираются конструктивные кольцевые зазоры между деталями 3 и 4 и происходит сдвиг материала деформируемого элемента 1 в кольцевые канавки 2, образуя при этом прочное неразъемное соединение. В момент сдвига происходит удаление возможной окисной пленки и ее разрушение на контактных поверхностях соединяемых деталей 3 и 4 и деформируемого элемента 1. Это обеспечивает надежный контакт между токонесущими деталями 3 и 4, который надежно изолирован от окисления.

Таким образом, предложенное токопроводящее соединение по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью за счет получения неразъемного соединения с низким переходным сопротивлением.