一種便于質(zhì)心配平的長(zhǎng)壽命導(dǎo)電滑環(huán)

李問(wèn)國(guó) 付宏寶 張方方

摘? 要：文章提出了導(dǎo)電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中質(zhì)心配平的重要性，并對(duì)其工作原理及實(shí)現(xiàn)方案做了具體的闡述和介紹，文章最后通過(guò)對(duì)兩套導(dǎo)電滑環(huán)壽命進(jìn)行對(duì)比，對(duì)文中方案進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果確認(rèn)了質(zhì)心配平對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)壽命的提高有顯著的效果。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)電滑環(huán);質(zhì)心配平;長(zhǎng)壽命

中圖分類號(hào)：TM934.14? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0092-02

Abstract： In this paper， the importance of the balance of the center of mass in the rotating process of the slip ring is put forward， and its working principle and realization scheme are described and introduced in detail. Finally， the scheme of the life test of two sets of slip rings is verified， and the verification results confirm that the balance of the center of mass has a significant effect on the improvement of the life of the conductive slip ring.

Keywords： slip ring; balance of mass center; long life

引言

導(dǎo)電滑環(huán)是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的信號(hào)及電流傳遞的精密輸電裝置，特別適合應(yīng)用在需要無(wú)限制，連續(xù)或斷續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或信號(hào)的場(chǎng)所。導(dǎo)電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)部件與設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸相連，固定部件與設(shè)備靜止部分相連，其中旋轉(zhuǎn)部件引出環(huán)引線用于給旋轉(zhuǎn)端設(shè)備進(jìn)行電信號(hào)傳輸，固定部件引出刷引線與靜止端設(shè)備進(jìn)行電信號(hào)傳輸。

導(dǎo)電滑環(huán)主要由絕緣材料基體（絕緣環(huán)部分）、滑動(dòng)接觸導(dǎo)電表面（環(huán)片部分）、彈性材料（電刷絲）以及軸承、支架、防塵罩等其他輔助的組件共同構(gòu)成。其中電刷絲采用貴金屬，在工作過(guò)程中與導(dǎo)電滑環(huán)的環(huán)片部分面面接觸，借助導(dǎo)電滑環(huán)中環(huán)片的微槽滑動(dòng)與電刷絲的彈性壓力相結(jié)合來(lái)傳遞信號(hào)和電流。導(dǎo)電滑環(huán)依靠電刷絲與環(huán)片的彈性搭接原理，以及巧妙的環(huán)片與電刷絲之間運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理的材料選擇等，構(gòu)成了穩(wěn)定可靠的導(dǎo)電滑環(huán)聯(lián)通系統(tǒng)，其利用環(huán)片的滑動(dòng)與電刷絲的接觸耦合，在固定的支架上由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而不斷傳輸電信號(hào)以及電能。

導(dǎo)電滑環(huán)作為一種將功率和控制信號(hào)從固定端傳輸?shù)叫D(zhuǎn)端的關(guān)鍵設(shè)備，其可用于武器裝備、航空、航海、兵器、新能源開(kāi)發(fā)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療等幾乎所有行業(yè)領(lǐng)域。

導(dǎo)電滑環(huán)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中尤其是高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中輕微的質(zhì)心不對(duì)稱都將導(dǎo)致較大的動(dòng)量不平衡問(wèn)題，從而使得滑環(huán)刷絲磨損嚴(yán)重，壽命降低。因而對(duì)于高速導(dǎo)電滑環(huán)質(zhì)心配平是其長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。

本文提出一種便于旋轉(zhuǎn)組件質(zhì)心配平的導(dǎo)電滑環(huán)，通過(guò)在導(dǎo)電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)組件的軸端增加一個(gè)平衡輪，從而可更精密地對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)組件進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試及配平，進(jìn)而使得導(dǎo)電滑環(huán)在高速旋轉(zhuǎn)工作過(guò)程中質(zhì)心更加對(duì)稱，延緩滑環(huán)刷絲磨損程度，提高導(dǎo)電滑環(huán)的壽命。

1 工作原理

本文所提出的導(dǎo)電滑環(huán)，是通過(guò)在導(dǎo)電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)組件的末端安裝平衡輪，此平衡輪是一個(gè)已經(jīng)通過(guò)配平使得其質(zhì)心在其軸心上的輪子，為了更好地與滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)組件同軸配合，在旋轉(zhuǎn)組件上設(shè)計(jì)了一個(gè)凸臺(tái)，通過(guò)這個(gè)凸臺(tái)與平衡輪內(nèi)壁進(jìn)行卡配，其中凸臺(tái)的軸心與旋轉(zhuǎn)組件的軸心同軸，平衡輪內(nèi)壁的軸心與平衡輪的軸心同軸，從而保證了平衡輪質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)組件的軸線上。隨后轉(zhuǎn)動(dòng)平衡輪到某一位置，松開(kāi)后根據(jù)平衡輪偏擺的方向確定旋轉(zhuǎn)組件哪一塊區(qū)域較重，用微型電鉆工具在旋轉(zhuǎn)組件的側(cè)壁鉆一個(gè)小孔以減輕這一塊區(qū)域的重量，直到最終將旋轉(zhuǎn)組件配平。其中平衡輪的直徑尺寸一般為旋轉(zhuǎn)組件直徑尺寸2-4倍，因?yàn)槠胶廨喼睆匠叽邕^(guò)小則難以起到旋轉(zhuǎn)組件平衡誤差放大的效果，從而無(wú)法精確調(diào)節(jié)平衡;平衡輪直徑過(guò)大則旋轉(zhuǎn)組件平衡誤差過(guò)于靈敏，配平難度過(guò)大[2]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2、圖3所示，一種便于質(zhì)心配平的導(dǎo)電滑環(huán)，包括外罩4、組合支架2、刷絲組件3、旋轉(zhuǎn)組件1、軸承6、平衡輪9，組合支架2的左端內(nèi)徑大、右端內(nèi)徑小，在組合支架2的左右兩端分別設(shè)有軸承位，在組合支架2的左端安裝有大精密軸承7，在組合支架2的右端安裝有小精密軸承6;旋轉(zhuǎn)組件1左端和右端分別穿過(guò)并套在大精密軸承7和小精密軸承6中，在組合支架2上安裝有刷絲組件3，刷絲組件3的刷絲15搭接在旋轉(zhuǎn)組件1的環(huán)片14上，環(huán)片14與刷絲15的接觸面為一個(gè)倒梯形槽18，使外罩4罩住組合支架2和旋轉(zhuǎn)組件1，起到防塵保護(hù)的作用;在完成了導(dǎo)電滑環(huán)主體部件的安裝后，在旋轉(zhuǎn)組件1的左端安裝平衡輪9，此平衡輪9是一個(gè)已經(jīng)通過(guò)配平使得其質(zhì)心在對(duì)稱中心上的輪子，為了更好地與滑環(huán)的旋轉(zhuǎn)組件1同軸配合，在旋轉(zhuǎn)組件1上設(shè)計(jì)了一個(gè)凸臺(tái)12，通過(guò)這個(gè)凸臺(tái)12與平衡輪內(nèi)壁16進(jìn)行卡配，其中凸臺(tái)12的軸心與旋轉(zhuǎn)組件1的軸心同軸，平衡輪內(nèi)壁16的軸心與平衡輪9的軸心同軸，從而保證了平衡輪9質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)組件1的軸線上。隨后轉(zhuǎn)動(dòng)平衡輪9到某一位置，松開(kāi)后根據(jù)平衡輪9偏擺的方向確定旋轉(zhuǎn)組件1哪一塊區(qū)域較重，用微型電鉆工具在旋轉(zhuǎn)組件9的側(cè)壁13鉆一個(gè)小孔以減輕這一塊區(qū)域的重量，直到最終將旋轉(zhuǎn)組件1配平[3]。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

在此通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證進(jìn)行了質(zhì)心配平的導(dǎo)電滑環(huán)與未進(jìn)行質(zhì)心配平的導(dǎo)電滑環(huán)工作壽命的不同。

測(cè)試過(guò)程中所用的硬件設(shè)備如下：測(cè)試工裝架，電機(jī)，導(dǎo)電滑環(huán)，通斷測(cè)試儀。

如圖4所示，導(dǎo)電滑環(huán)的固定組件安裝在測(cè)試工裝架上，旋轉(zhuǎn)組件與電機(jī)軸相連，滑環(huán)固定組件引出的刷引線與旋轉(zhuǎn)組件引出的環(huán)引線連接到導(dǎo)電滑環(huán)通斷測(cè)試儀上，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)如果通斷測(cè)試儀不報(bào)警則表明滑環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)到旋轉(zhuǎn)組件之間的信號(hào)傳輸是正常的[4]。

選用同等規(guī)格的兩套精密導(dǎo)電滑環(huán)，它們的電刷絲均為金鎳絲，環(huán)片均是在黃銅上采用電鍍的方法鍍覆鈀鎳合金，并且刷絲與環(huán)片之間的壓力也調(diào)節(jié)到一致，隨后對(duì)其中一套滑環(huán)進(jìn)行質(zhì)心配平，將兩套導(dǎo)電滑環(huán)均接在實(shí)驗(yàn)裝置上去跑合，直到刷絲磨斷，通斷測(cè)試儀報(bào)警為止。

通過(guò)實(shí)際跑合壽命測(cè)試發(fā)現(xiàn)未做配平的導(dǎo)電滑環(huán)壽命可達(dá)750萬(wàn)轉(zhuǎn)，做過(guò)配平的導(dǎo)電滑環(huán)壽命可達(dá)1200萬(wàn)轉(zhuǎn)，壽命提高了約64%，由此可驗(yàn)證配平對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)壽命的提高是顯著的。

4 結(jié)論

本文闡述了導(dǎo)電滑環(huán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中質(zhì)心配平的重要性及工作原理，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，即在完成了導(dǎo)電滑環(huán)主體部件的安裝后，通過(guò)在環(huán)體組件的末端安裝平衡輪作為關(guān)鍵部件來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電滑環(huán)的質(zhì)心配平，文章最后通過(guò)對(duì)兩套導(dǎo)電滑環(huán)進(jìn)行壽命測(cè)試的對(duì)比方法對(duì)本文提出的方案效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

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