一種便于質心配平的長壽命導電滑環

李問國 付宏寶 張方方

摘? 要：文章提出了導電滑環旋轉過程中質心配平的重要性，并對其工作原理及實現方案做了具體的闡述和介紹，文章最后通過對兩套導電滑環壽命進行對比，對文中方案進行了驗證，驗證結果確認了質心配平對導電滑環壽命的提高有顯著的效果。

關鍵詞：導電滑環;質心配平;長壽命

中圖分類號：TM934.14? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

導電滑環是實現兩個相對轉動機構的信號及電流傳遞的精密輸電裝置，特別適合應用在需要無限制，連續或斷續旋轉，同時又需要從固定位置到旋轉位置傳送功率或信號的場所。導電滑環的旋轉部件與設備旋轉軸相連，固定部件與設備靜止部分相連，其中旋轉部件引出環引線用于給旋轉端設備進行電信號傳輸，固定部件引出刷引線與靜止端設備進行電信號傳輸。

導電滑環主要由絕緣材料基體（絕緣環部分）、滑動接觸導電表面（環片部分）、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成。其中電刷絲采用貴金屬，在工作過程中與導電滑環的環片部分面面接觸，借助導電滑環中環片的微槽滑動與電刷絲的彈性壓力相結合來傳遞信號和電流。導電滑環依靠電刷絲與環片的彈性搭接原理，以及巧妙的環片與電刷絲之間運動結構設計、合理的材料選擇等，構成了穩定可靠的導電滑環聯通系統，其利用環片的滑動與電刷絲的接觸耦合，在固定的支架上由轉軸帶動旋轉，從而不斷傳輸電信號以及電能。

導電滑環作為一種將功率和控制信號從固定端傳輸到旋轉端的關鍵設備，其可用于武器裝備、航空、航海、兵器、新能源開發、工業自動化、醫療等幾乎所有行業領域。

導電滑環在旋轉過程中尤其是高速旋轉過程中輕微的質心不對稱都將導致較大的動量不平衡問題，從而使得滑環刷絲磨損嚴重，壽命降低。因而對于高速導電滑環質心配平是其長期穩定工作的關鍵環節[1]。

本文提出一種便于旋轉組件質心配平的導電滑環，通過在導電滑環旋轉組件的軸端增加一個平衡輪，從而可更精密地對導電滑環的旋轉組件進行動平衡測試及配平，進而使得導電滑環在高速旋轉工作過程中質心更加對稱，延緩滑環刷絲磨損程度，提高導電滑環的壽命。

1 工作原理

本文所提出的導電滑環，是通過在導電滑環旋轉組件的末端安裝平衡輪，此平衡輪是一個已經通過配平使得其質心在其軸心上的輪子，為了更好地與滑環的旋轉組件同軸配合，在旋轉組件上設計了一個凸臺，通過這個凸臺與平衡輪內壁進行卡配，其中凸臺的軸心與旋轉組件的軸心同軸，平衡輪內壁的軸心與平衡輪的軸心同軸，從而保證了平衡輪質心在旋轉組件的軸線上。隨后轉動平衡輪到某一位置，松開后根據平衡輪偏擺的方向確定旋轉組件哪一塊區域較重，用微型電鉆工具在旋轉組件的側壁鉆一個小孔以減輕這一塊區域的重量，直到最終將旋轉組件配平。其中平衡輪的直徑尺寸一般為旋轉組件直徑尺寸2-4倍，因為平衡輪直徑尺寸過小則難以起到旋轉組件平衡誤差放大的效果，從而無法精確調節平衡;平衡輪直徑過大則旋轉組件平衡誤差過于靈敏，配平難度過大[2]。

2 結構設計

如圖2、圖3所示，一種便于質心配平的導電滑環，包括外罩4、組合支架2、刷絲組件3、旋轉組件1、軸承6、平衡輪9，組合支架2的左端內徑大、右端內徑小，在組合支架2的左右兩端分別設有軸承位，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;旋轉組件1左端和右端分別穿過并套在大精密軸承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搭接在旋轉組件1的環片14上，環片14與刷絲15的接觸面為一個倒梯形槽18，使外罩4罩住組合支架2和旋轉組件1，起到防塵保護的作用;在完成了導電滑環主體部件的安裝后，在旋轉組件1的左端安裝平衡輪9，此平衡輪9是一個已經通過配平使得其質心在對稱中心上的輪子，為了更好地與滑環的旋轉組件1同軸配合，在旋轉組件1上設計了一個凸臺12，通過這個凸臺12與平衡輪內壁16進行卡配，其中凸臺12的軸心與旋轉組件1的軸心同軸，平衡輪內壁16的軸心與平衡輪9的軸心同軸，從而保證了平衡輪9質心在旋轉組件1的軸線上。隨后轉動平衡輪9到某一位置，松開后根據平衡輪9偏擺的方向確定旋轉組件1哪一塊區域較重，用微型電鉆工具在旋轉組件9的側壁13鉆一個小孔以減輕這一塊區域的重量，直到最終將旋轉組件1配平[3]。

3 試驗驗證

在此通過實驗來驗證進行了質心配平的導電滑環與未進行質心配平的導電滑環工作壽命的不同。

測試過程中所用的硬件設備如下：測試工裝架，電機，導電滑環，通斷測試儀。

如圖4所示，導電滑環的固定組件安裝在測試工裝架上，旋轉組件與電機軸相連，滑環固定組件引出的刷引線與旋轉組件引出的環引線連接到導電滑環通斷測試儀上，當電機帶動滑環旋轉組件轉動時如果通斷測試儀不報警則表明滑環導電滑環到旋轉組件之間的信號傳輸是正常的[4]。

選用同等規格的兩套精密導電滑環，它們的電刷絲均為金鎳絲，環片均是在黃銅上采用電鍍的方法鍍覆鈀鎳合金，并且刷絲與環片之間的壓力也調節到一致，隨后對其中一套滑環進行質心配平，將兩套導電滑環均接在實驗裝置上去跑合，直到刷絲磨斷，通斷測試儀報警為止。

通過實際跑合壽命測試發現未做配平的導電滑環壽命可達750萬轉，做過配平的導電滑環壽命可達1200萬轉，壽命提高了約64%，由此可驗證配平對導電滑環壽命的提高是顯著的。

4 結論

本文闡述了導電滑環旋轉過程中質心配平的重要性及工作原理，并對其實現方式進行了詳細的介紹，即在完成了導電滑環主體部件的安裝后，通過在環體組件的末端安裝平衡輪作為關鍵部件來實現導電滑環的質心配平，文章最后通過對兩套導電滑環進行壽命測試的對比方法對本文提出的方案效果進行了驗證。

參考文獻：

[1]楊莉紅.導電滑環技術的研究[J].科技傳播，2012（06）：45+50.

[2]王新平，肖金坤，張雷，等.載荷對AuNi9/金鍍層摩擦副摩擦磨損性能的影響[J].中國有色金屬學報，2012，22（12）：3427-3431.

[3]耿星，郭東明，金洙吉，等.精密導電滑環表面微槽車削性能[J].宇航材料工藝，2015，45（04）：108-113.

[4]周小全，王智勇.精密導電滑環主要檢測參數的分析[J].計測技術，2007（S1）：72-73.