淺談接觸電阻對導電滑環的影響

郭治軍 鐘江英 戴長軍

摘 要：導電滑環是實現兩個相對旋轉機構間的能量、信號傳遞的輸電裝置。本文以與導電滑環的可靠性及壽命相關的接觸電阻為研究對象，分析影響接觸電阻的三個因素，詳盡地闡述了動態接觸電阻變化量與

靜態接觸電阻的檢測方法，并對檢測中出現的問題提出相應的處理措施。

關鍵詞：導電滑環 靜態接觸電阻 動態接觸電阻

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0085-02

導電滑環是實現兩個相對旋轉機構間能量、信號傳遞的輸電裝置，主要由滑環體、電刷組件、組合支架、軸承、軸承端蓋等零部件組成?；h環體表面鍍覆多層貴金屬，電刷組件電刷用金基合金絲加工成型，組裝成一整體，電刷成U型與相應環槽對稱雙接觸，借電刷絲的彈性壓力與環槽滑動接觸來傳遞信號和能量，廣泛應用于海、陸、空、天領域的測試系統和慣導系統。

1 導電滑環接觸電阻指標的解析

靜態接觸電阻和動態接觸電阻變化量作為導電滑環的主要性能指標，其穩定性直接影響信號的傳輸質量，當動態接觸電阻的變化量較大時，如若是功率環，則會出現打火花現象，如若是信號環，則會影響信號傳輸的效果，因此，應盡可能地降低動態接觸電阻變化量。

影響導電滑環接觸電阻大小的主要因數有摩擦副接觸材料的選擇、接觸形式、接觸壓力。

1.1 接觸材料對接觸電阻的影響

作為旋轉設備必需的導電滑環，當其應用于惡劣環境中時，將承受諸如振動、沖擊、高低溫、濕熱等環境因素變化的影響，因此研究導電滑環的過程中，必須首先合理地選擇各零件材料，以保證其環境適應性。

作為導電滑環摩擦副的環片與刷絲，其材料的選擇至關重要，為保證環片和刷絲的接觸可靠性和壽命，應使兩個材料的硬度盡可能匹配，當環片的材料硬度高于刷絲的硬度時，刷絲更容易磨損，但當刷絲材料的硬度高于環片的硬度時，環片上會出現一定的磨損，尤其在惡劣環境工況下，更容易出現過度磨損，影響其可靠性和壽命，這也給維護帶來不便。

環片和刷絲在材料選擇上要求材料導電率高，導熱性能好，熔點高，電阻溫度系數?。ň哂锌沽蚧?、抗氧化、抗腐蝕性氣體等特性），具有一定的硬度、耐磨性好等特點（抗熔焊性能好，耐電弧腐蝕和燒傷）。

試驗表明，選用黃銅作為環片的材料較好。刷絲材料可以選用金鎳絲，但金鎳絲價格昂貴，通過對許多材料的性質比較發現，用鈹青銅（QBe2）做刷絲比較好。另外，還可選用黃銅，在其表面鍍一層貴金屬，可以滿足良好的導電性能，又有較好的防腐蝕的作用。

1.2 接觸形式對接觸電阻的影響

環片和刷絲的接觸形式主要有點接觸式和面接觸，點接觸式的接觸電阻較小，但點接觸的接觸面很小，所能通過的最大電流有所限制，一般在10A以內（可采用雙觸點接觸形式），基本上能夠滿足負載的需求，但是當電流大于10A以上時，可考慮采用面接觸，面接觸式的導電滑環需要徑向尺寸比較大，結構比較復雜，投資較大，是目前滑環結構設計的難點之一，一定要有足夠的空間位置方可使用。

1.3 接觸壓力對接觸電阻的影響

電刷絲作為支架組件的重要組成部分，具有刷絲彈性好、刷絲細、刷絲數量多等特點，導電滑環借助電刷絲的彈性壓力與導電環環槽滑動接觸來傳遞信號，該彈性壓力又稱為接觸壓力，接觸壓力的選擇與導電環傳導的電流，電壓有關。電流、電壓越大，則需要的接觸壓力越大，接觸壓力增大，接觸電阻變小，不容易出現電火花及電蝕現象。因此，在滑環裝配過程中，在某種程度上會增加刷絲的接觸壓力，以來保證導電滑環的技術性能和使用壽命，但是壓力的增大有一定的限度，如果超過限度會增加摩擦力矩，加速接觸部分磨損，減少設備使用壽命。因此，選用適當的接觸壓力是很重要的，既要確保電刷絲的接觸壓力能夠使刷絲很好地在導電環槽中滑動，又要確保不影響導電滑環的使用壽命，大量試驗表明，接觸壓力控制在9～12g比較適宜。

2 導電滑環接觸電阻的檢測

接觸電阻是表征導電滑環性能的主要指標之一，其檢測分為動態接觸電阻變化量檢測和靜態接觸電阻檢測.

2.1 靜態接觸電阻檢測

靜態接觸電阻是導電滑環在轉到不同指定角度位置時，同一環路的環片與刷絲之間的電阻值。根據GJB 1801-93《慣性技術測試設備主要性能試驗方法》，對導電滑環轉動過程中某些位置的電阻值進行測量。

將被測導電滑環的環引線和刷引線分別接到SW-Ⅱ型智能化數字微歐計（1μΩ～20kΩ）的兩個測量端，當導電滑環轉動到某些位置時，測量總電阻值Rt，減去各導電環環刷引出線的線阻值Rl，進而得到環片與刷絲的靜態接觸電阻Rs，即：

Rs=Rt-Rl （1）

試驗表明，為了保證導電滑環信號傳輸的穩定性，不同位置的靜態接觸電阻的變化量一般控制在5mΩ以內。

2.2 動態接觸電阻檢測

靜態接觸電阻只反映導電滑環靜止狀態下接觸電阻的情況，由于靜態接觸電阻不能反映導電滑環在轉動過程中信號傳輸的情況，故還要對其動態接觸電阻進行檢測。

首先將被測導電滑環的環引線全部短接，刷引線分別接到SW-Ⅱ型智能化數字微歐計（1μΩ～20kΩ）的兩個測量端，順時針、逆時針轉動滑環各一周，測量滑環在轉動過程中的電阻值，取此過程中電阻的最大值Rmax和最小值Rmin 進而得到導電環與電刷絲的動態接觸電阻Rd，即：

（2）

試驗表明，為了保證導電滑環信號傳輸的穩定性，動態接觸電阻的變化量一般控制在10mΩ以內。

為保證導電滑環信號傳輸的可靠性，在導電滑環接觸電阻檢測過程中，如果某一環的動態接觸電阻變化量大于10mΩ或者其靜態接觸電阻變化量大于5m，那么就會影響其信號傳輸的質量，對其原因進行分析后，可以歸納為以下幾個方面：

（1）環片V型表面的粗糙度。

導電滑環的工作原理實則是通過環片與刷絲的滑動干摩擦來實現信號傳輸，因此作為摩擦副的環片，其表面粗糙度必須達到一定的要求，如若環片V型表面很粗糙，則動態接觸電阻不容易保證，且滑環的可靠性和壽命會受很大影響。影響環片粗糙度的因素較多，如環片粗糙度本身加工達不到圖紙要求、環片和刷絲磨損產生的電介質等，當電介質不及時清理時，會影響動態接觸電阻變化量，應使用無水乙醇對環槽表面反復清洗以消除沉積的電介質。

（2）接觸壓力不足導致接觸不良。

由于接觸壓力與接觸電阻成反比，環片和刷絲的接觸壓力過小是導致接觸電阻過大的主要原因，因此，將刷絲的壓力調整到合適的范圍具有重要的意義，只有當刷絲壓力穩定且合適了，才能保證滑環的正常工作。

3 結語

隨著導電滑環應用的領域和范圍越來越廣，對其各項性能指標的檢測顯得越來越重要。本文在介紹導電滑環接觸電阻的基礎上，分別對靜態接觸電阻和動態接觸電阻變化量的檢測進行了闡述，總結了接觸電阻大的原因以及相關的處理措施，從而保證導電滑環的可靠性和壽命。

參考文獻

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