聂云锋

（三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

水轮发电机碳刷/集电环主要用于传导励磁电流为转子绕组提供励磁所需磁场。碳刷与集电环相对滑动时，由于转子在制造与安装时其重心与旋转中心存在一定的偏心距，所以转子在旋转时会存在偏心摆振，刷握在此偏心摆振的影响下会产生振动和变形，影响碳刷与集电环接触的稳定性，进而会导致碳刷磨损加剧、打火等问题，大大降低了碳刷与集电环的使用寿命。因此对碳刷刷握进行振动特性的分析是有必要的。

在国内外的研究中，涉及水轮发电机碳刷刷握的相关研究很少。文献[1～2]对水轮发电机碳刷/集电环常见故障进行了分析，发现碳刷打火现象的发生，部分原因是由于碳刷压力不均，与集电环接触不稳定、振动加剧而导致的接触面局部温升造成的，而刷握的振动会导致恒压弹簧局部失效，出现碳刷压力不均匀的现象。

基于此，本研究利用有限元分析的方法对刷握的振动特性进行了研究。对其进行了模态分析与谐响应分析，得到了前六阶模态频率与振型和应力、应变—频率曲线。为水轮发电机碳刷刷握的设计与优化提供了理论参考。

1 刷握结构与工作原理

水轮发电机碳刷刷握由刷盒和恒压弹簧两部分组成，结构如图1 所示。恒压弹簧由薄的弹簧钢片卷曲成多个同心圆组成，通过铆接安装在刷盒的一端，用来为碳刷提供稳定的压力。刷盒采用压铸工艺制成，其材料为铝合金，经测量其内腔尺寸为35 mm×38 mm×50 mm（长×宽×高）。……