Контактные пружины

Контактные пружины являются одной из основных частей коммутационных устройств и служат для передачи необходимых механических усилий для замыкания и размыкания контактов, а также обеспечения между ними необходимой силы сжатия FK в замкнутом состоянии. От контактных пружин требуется хорошая упругость, релаксационная стойкость, сопротивляемость усталости, достаточно высокая электропроводность. Кроме того, их конструкция должна быть технологичной.
Упругость является одним из свойств любого материала и указывает на необходимое приращение силы, чтобы деформировать тело, например растянуть .его на значение. В теории сопротивления материалов линейную зависимость от ДF называют законом Гука.
Приложив к образцу усилие, например, растягивающего направления, в любом его сечении площадью S возникнет напряжение растяжения. Если вызванное напряжение не превышает
определенного для данного материала значения, после снятия нагрузки образец примет первоначальные размеры. Значит, в этом случае была только упругая деформация. Так как для подавляющего большинства материалов участок OA кривой растяжения прямолинеен, точку А и соответствующее ей напряжение называют пределом пропорциональности о р.
Упругость материала определяется из отношения и характеризуется модулем упругости Е. Геометрически это тангенс угла наклона линии OA. Для пружинных сталей £ = 2-Ю5 Н/мм2, для нейзильбера и бериллиевых бронз £=1,1.10Бч-1,4 • 105 Н/мм8, а для фосфористой бронзы.
Если образец продолжать нагружать выше предела пропорциональности, например до точки /, в материале произойдет необратимая пластическая деформация и после снятия нагрузки он окажется деформирован (удлинен) на величину отрезка 02. Если образец нагружать до предела прочности (точка В), вызванные напряжения разрушат (разорвут) материал. Аналогичны схемы нагрузки при деформациях сжатия и изгиба.
Для предотвращения остаточных деформаций контактных пружин допустимое напряжение изгиба не должно превышать . предела пропорциональности ар данного материала (у сталей ор«0,5ств). Отношение предела прочности о в к выбранному допускаемому напряжению [а] называют запасом прочности. В зависимости от характера нагрузки и конструкции запас прочности контактных пружин выбирают в пределах от 2 до 5.
При штамповке на краях пружины могут образовываться заусенцы (грат), увеличивающие жесткость пластины, микротрещинки между которыми являются концентраторами напряжений, что значительно понижает сопротивляемость пружины знакопеременным нагрузкам.

Так как большинство пружинных материалов является сплавами различных металлов, это вызывает некоторые внутренние напряжения в кристаллической решетке. При изгибе в материале пружины происходят упругие деформации. Таким образом, суммируясь, эти напряжения в отдельных местах могут вызвать пере напряженность и сдвиги в кристаллической решетке, которые приводят к местным, очень незначительным, но все же остаточным деформациям. Этот процесс, называемый релаксацией, протекает тем быстрее, чем больше внешняя нагрузка и чем большие внутренние напряжения имеет сам материал. В результате в контактных пружинах даже под действием напряжений, значительно меньших предела пропорциональности, со временем появляется остаточная деформация. Установлено, что за несколько лет интенсивной работы сила сжатия контактных пружин реле РПН под действием релаксационных деформаций уменьшается на 20 мН.
Контактные пластины могут иметь круглое сечение, но обычно их изготовляют плоскими, т. е. прямоугольного сечения. В продольном направлении плоские пружины могут быть постоянной ширины (например, для магнитоуправляемых контактов и реле РЭН18), трапециевидной (например, для телефонных кнопочных переключателей) или сложной (например, для реле РКН и РПН) формы.
Для увеличения надежности работы открытых реле на их контактных пружинах обычно укрепляют не один, как в реле РЭН18, а два контакта, а чтобы обеспечить независимую работу контактов относительно друг друга, контактную пружину между ними разрезают (например, в реле РЭС14 и МКС), что в значительной мере снижает также и вибрацию контактов.
В некоторых конструкциях соседние контактные пружины опрессовывают в двух местах в один слой. Расположенная недалеко от контактов опрессовка, например в неподвижных контактных пружинах реле РЭСМ, значительно увеличивает жесткость каждой отдельной пружины, так как плечо консоли уменьшается. Это необходимо учитывать при регулировке: контакты слоя должны находиться на одной линии.
Изменение сечения, различные отверстия, вырезы и изгибы контактных пружин, а также малейшие трещинки в материале являются концентраторами напряжений и значительно влияют на усталостную прочность (выносливость) пружин. Явления усталости материала проявляются только при пульсирующих нагрузках, когда из-за концентрации напряжений трещины медленно, но непрерывно увеличиваются, пока не приведут к разрушению (излому). Сопротивляемость материалов усталости в значительной мере зависит от характера и значения нагрузки, которая может быть пульсирующей от 0 до FK или пульсирующей знакопеременной от —FK, во втором случае стальные пружины устают в 2,5 раза быстрее пружин из цветных металлов. Значение пульсирующей нагрузки должно быть не более 20% от нагрузки, вызывающей в пружине напряжения предела прочности
Усталостная прочность пружин зависит также от условий их изготовления, направления вырезки пружины из ленты и режимов термической обработки. Так, предел усталостной выносливости отожженных пружин из твердого нейзильбера на 10—12%, а из особо твердого на 30% выше, чем не отожженных. У не отожженных пружин из особо твердой ленты, вырезанных поперек направления проката, он на 25% выше, чем у образцов, вырезанных из ленты вдоль направления проката.
В качестве материала для изготовления контактных- пружин чаше всего используют нейзильбер МНЦ15-20 в виде твердой или особо твердой ленты повышенной точности. Этот материал хорошо штампуется и сваривается, его электрическое сопротивление относительно невелико (0,28 Ом'-мм2/м) и он имеет невысокий модуль упругости, поэтому пружины эластичны, хорошо выдерживают знакопеременную нагрузку и не требуют защитного покрытия в нормальных климатических условиях.
Контактные пружины разъемов и малогабаритных реле выполняют из фосфористой БрОФ6,5-0,15 и бериллиевой БрБ2.5 бронз, электропроводность которых соответственно в 1,5 и 2,5 раза лучше, чем нейзильбера, однако они дороже и требуют термообработки и защитного покрытия.
В отдельных случаях, например в струнных МКС, применяют пружинную твердую термообработанную сталь, которая имеет такое же электрическое сопротивление, как нейзильбер, но в 2 раза жестче его и хуже обрабатывается.
Пружины магнитоуправляемых контактов изготовляют из железоникелевых сплавов — пермаллоев, содержащих от 35 до 85% никеля и обладающих высокой магнитной проницаемостью в слабых и средних полях при низкой коэрцитивной силе (например, пермаллой Н47Д5).

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120
 

Яндекс.Метрика