李问国 付宏宝 张方方

摘  要：文章提出了导电滑环旋转过程中质心配平的重要性，并对其工作原理及实现方案做了具体的阐述和介绍，文章最后通过对两套导电滑环寿命进行对比，对文中方案进行了验证，验证结果确认了质心配平对导电滑环寿命的提高有显著的效果。

关键词：导电滑环;质心配平;长寿命

中图分类号：TM934.14      文献标志码：A         文章编号：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

导电滑环是实现两个相对转动机构的信号及电流传递的精密输电装置，特别适合应用在需要无限制，连续或断续旋转，同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或信号的场所。导电滑环的旋转部件与设备旋转轴相连，固定部件与设备静止部分相连，其中旋转部件引出环引线用于给旋转端设备进行电信号传输，固定部件引出刷引线与静止端设备进行电信号传输。

导电滑环主要由绝缘材料基体（绝缘环部分）、滑动接触导电表面（环片部分）、弹性材料（电刷丝）以及轴承、支架、防尘罩等其他辅助的组件共同构成。其中电刷丝采用贵金属，在工作过程中与导电滑环的环片部分面面接触，借助导电滑环中环片的微槽滑动与电刷丝的弹性压力相结合来传递信号和电流。导电滑环依靠电刷丝与环片的弹性搭接原理，以及巧妙的环片与电刷丝之间运动结构设计、合理的材料选择等，构成了稳定可靠的导电滑环联通系统，其利用环片的滑动与电刷丝的接触耦合，在固定的支架上由转轴带动旋转，从而不断传输电信号以及电能。

导电滑环作为一种将功率和控制信号从固定端传输到旋转端的关键设备，其可用于武器装备、航空、航海、兵器、新能源開发、工业自动化、医疗等几乎所有行业领域。

导电滑环在旋转过程中尤其是高速旋转过程中轻微的质心不对称都将导致较大的动量不平衡问题，从而使得滑环刷丝磨损严重，寿命降低。因而对于高速导电滑环质心配平是其长期稳定工作的关键环节[1]。

本文提出一种便于旋转组件质心配平的导电滑环，通过在导电滑环旋转组件的轴端增加一个平衡轮，从而可更精密地对导电滑环的旋转组件进行动平衡测试及配平，进而使得导电滑环在高速旋转工作过程中质心更加对称，延缓滑环刷丝磨损程度，提高导电滑环的寿命。

1 工作原理

本文所提出的导电滑环，是通过在导电滑环旋转组件的末端安装平衡轮，此平衡轮是一个已经通过配平使得其质心在其轴心上的轮子，为了更好地与滑环的旋转组件同轴配合，在旋转组件上设计了一个凸台，通过这个凸台与平衡轮内壁进行卡配，其中凸台的轴心与旋转组件的轴心同轴，平衡轮内壁的轴心与平衡轮的轴心同轴，从而保证了平衡轮质心在旋转组件的轴线上。随后转动平衡轮到某一位置，松开后根据平衡轮偏摆的方向确定旋转组件哪一块区域较重，用微型电钻工具在旋转组件的侧壁钻一个小孔以减轻这一块区域的重量，直到最终将旋转组件配平。其中平衡轮的直径尺寸一般为旋转组件直径尺寸2-4倍，因为平衡轮直径尺寸过小则难以起到旋转组件平衡误差放大的效果，从而无法精确调节平衡;平衡轮直径过大则旋转组件平衡误差过于灵敏，配平难度过大[2]。

2 结构设计

如图2、图3所示，一种便于质心配平的导电滑环，包括外罩4、组合支架2、刷丝组件3、旋转组件1、轴承6、平衡轮9，组合支架2的左端内径大、右端内径小，在组合支架2的左右两端分别设有轴承位，在组合支架2的左端安装有大精密轴承7，在组合支架2的右端安装有小精密轴承6;旋转组件1左端和右端分别穿过并套在大精密轴承7和小精密轴承6中，在组合支架2上安装有刷丝组件3，刷丝组件3的刷丝15搭接在旋转组件1的环片14上，环片14与刷丝15的接触面为一个倒梯形槽18，使外罩4罩住组合支架2和旋转组件1，起到防尘保护的作用;在完成了导电滑环主体部件的安装后，在旋转组件1的左端安装平衡轮9，此平衡轮9是一个已经通过配平使得其质心在对称中心上的轮子，为了更好地与滑环的旋转组件1同轴配合，在旋转组件1上设计了一个凸台12，通过这个凸台12与平衡轮内壁16进行卡配，其中凸台12的轴心与旋转组件1的轴心同轴，平衡轮内壁16的轴心与平衡轮9的轴心同轴，从而保证了平衡轮9质心在旋转组件1的轴线上。随后转动平衡轮9到某一位置，松开后根据平衡轮9偏摆的方向确定旋转组件1哪一块区域较重，用微型电钻工具在旋转组件9的侧壁13钻一个小孔以减轻这一块区域的重量，直到最终将旋转组件1配平[3]。

3 试验验证

在此通过实验来验证进行了质心配平的导电滑环与未进行质心配平的导电滑环工作寿命的不同。

测试过程中所用的硬件设备如下：测试工装架，电机，导电滑环，通断测试仪。

如图4所示，导电滑环的固定组件安装在测试工装架上，旋转组件与电机轴相连，滑环固定组件引出的刷引线与旋转组件引出的环引线连接到导电滑环通断测试仪上，当电机带动滑环旋转组件转动时如果通断测试仪不报警则表明滑环导电滑环到旋转组件之间的信号传输是正常的[4]。

选用同等规格的两套精密导电滑环，它们的电刷丝均为金镍丝，环片均是在黄铜上采用电镀的方法镀覆钯镍合金，并且刷丝与环片之间的压力也调节到一致，随后对其中一套滑环进行质心配平，将两套导电滑环均接在实验装置上去跑合，直到刷丝磨断，通断测试仪报警为止。

通过实际跑合寿命测试发现未做配平的导电滑环寿命可达750万转，做过配平的导电滑环寿命可达1200万转，寿命提高了约64%，由此可验证配平对导电滑环寿命的提高是显著的。

4 结论

本文阐述了导电滑环旋转过程中质心配平的重要性及工作原理，并对其实现方式进行了详细的介绍，即在完成了导电滑环主体部件的安装后，通过在环体组件的末端安装平衡轮作为关键部件来实现导电滑环的质心配平，文章最后通过对两套导电滑环进行寿命测试的对比方法对本文提出的方案效果进行了验证。

参考文献：

[1]杨莉红.导电滑环技术的研究[J].科技传播，2012（06）：45+50.

[2]王新平，肖金坤，张雷，等.载荷对AuNi9/金镀层摩擦副摩擦磨损性能的影响[J].中国有色金属学报，2012，22（12）：3427-3431.

[3]耿星，郭东明，金洙吉，等.精密导电滑环表面微槽车削性能[J].宇航材料工艺，2015，45（04）：108-113.

[4]周小全，王智勇.精密导电滑环主要检测参数的分析[J].计测技术，2007（S1）：72-73.