CN108037033B - 一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元，属于磨损实验平台技术领域。该检测单元针对导电滑环中的单个导电环及接触刷丝的一束电刷的摩擦磨损要求，采用螺杆位移加力结构，安装被测导电环的主轴水平布置，束式电刷竖直安装在电刷托架的钳臂上，通过调节螺杆实现对束式电刷与滑环之间的加载；安装的压紧力传感器及摩擦力传感器方便了被测导电环与被测束式电刷之间接触压紧力设定及摩擦力测量，其电气隔离设计方便带电磨损试验要求。本束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元使用方便，操作简单，可应用于多种导电滑环的磨损试验场合。
Description
技术领域
本发明属于磨损实验平台技术领域，特别涉及一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元。
背景技术
束式电刷导电滑环应用于民用及军事多个领域。它主要由多组束式电刷和导电环组成，束式电刷采用多根合金丝材制成，借助电刷的弹性压力与导电环环道槽滑动接触在相对转动的情况下传递电信号，输送电力。目前比较通用的电刷形式有活塞型电刷、块状弹簧电刷和丝状弹性电刷。活塞型电刷和块状弹簧电刷体电阻较大，而且体积也较大，不适用于对体积有限制的场合；丝状电刷弹性好，能够保持与滑环的有效接触，接触电阻小，体积上占有明显的优势。长久以来一直沿用的是单丝电刷结构，但是随着转速的提高、长寿命、免维护以及传输数据的功能需求，出现了束式合金丝电刷。束式电刷导电滑环与常用的电滑环接触件相比，有很多独特的优点：接触点多、接触表面无需润滑、寿命长、接触压力低、接触磨损率低、动态接触电阻小、碎屑极少、工作温度范围大等。
目前虽然已有一些针对单根刷丝与滑环电接触滑动摩擦磨损的实验设备，但针对束式电刷与滑环电接触滑动摩擦磨损试验设备的研制目前未见相关报道。为此根据其实际工作特点，本专利提出了一种束式电刷导电滑环电接触磨损实验单元，主要包括束式电刷与导电环接触加载的机械结构以及对接触载荷、摩擦力、接触电阻的检测单元。
发明内容
本发明旨在提供一种能够模拟正常工作状态的导电环与束式电刷的磨损及检测单元，它方便了导电环与束式电刷的电接触滑动摩擦磨损、接触载荷施加和动态接触电阻状态的检测分析，适合于加速磨损试验要求。
本发明的技术方案：
一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元，针对导电滑环中的单个导电环及接触电刷中的一束刷丝的摩擦磨损要求，采用卧式主轴及螺杆位移加力结构，即安装被测导电环的主轴水平布置，束式电刷竖直安装在电刷托架的钳臂上，电刷托架为绝缘性材料。该实验单元对称布置在滑环两侧，通过调节螺杆实现对束式电刷与滑环之间的加载；束式电刷导电滑环电接触磨损实验单元给被测导电环及被测束式电刷提供准确可靠的定位及安装，方便设定被测导电环与被测刷丝之间的接触压紧力，实现被测导电环与被测束式电刷之间的带电磨损并测量出磨损试验时的摩擦力。
该束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元包括微型球轴承、导电环、束式电刷、螺钉、L型电刷托架、摩擦力传感器、压紧力传感器、支撑块、滑块、导轨、底板、轴承端盖、螺杆、弹性挡圈、球轴承、轴承座、螺母、摩擦力传感器导线、电刷导线、压紧力传感器导线、小销座、销轴和连杆；
束式电刷的末端竖直安装在L型电刷托架底板的定位孔中，并通过锁紧螺钉固定，避免束式电刷移位或窜动；
所述的L型电刷托架、连杆、压紧力传感器和摩擦力传感器首尾相连，构成一个长方形框架；其中，L型电刷托架的侧板上端通过微型球轴承及销轴与水平布置的连杆的一端相连，连杆的另一端通过微型球轴承及销轴与小销座相连，小销座固定于竖直布置的压紧力传感器的一端，压紧力传感器的另一端固定于支撑块上；L型电刷托架的底板通过微型球轴承及销轴与小销座相连，小销座固定于水平布置的摩擦力传感器的一端，摩擦力传感器的另一端固定于支撑块上；摩擦力传感器通过小销座的竖直位移测量束式电刷与导电环的摩擦力，压紧力传感器通过小销座的水平位移测量束式电刷与导电环的水平接触载荷；
支撑块固定于滑块上，螺杆水平依次穿过螺母和支撑块，通过螺纹与支撑块配合连接；通过转动螺杆，实现滑块与支撑块同步水平滑动，进而实现束式电刷与导电环接触压紧，待调节好接触压紧力后，锁紧螺母，使螺杆固定，实现精确定位；
所述的螺杆的端部设置轴承端盖、弹性挡圈、球轴承及轴承座，共同用于约束螺杆水平位移自由度，使螺杆只能转动、不能移动；球轴承内圈孔与螺杆轴过盈配合，螺杆上设有环槽及阶梯轴结构，分别位于球轴承的左、右两侧，阶梯轴结构用于球轴承内圈的右侧定位，环槽中放置弹性挡圈，用于实现球轴承内圈的左侧定位；轴承座竖直固定在底板上，轴承座上设有沉孔，用于球轴承外圈的左侧定位，轴承座右侧加盖轴承端盖，用于球轴承外圈的右侧定位；所述的滑块安装在导轨上，滑块沿导轨水平滑动，便于调节束式电刷与导电环的接触载荷；导轨固定于底板上。
所述的微型球轴承采用对称布置，利用L型电刷托架上的沉孔定位，销轴和小销座孔采用过盈配合，销轴与微型球轴承内圈间采用过渡配合。
本发明的有益效果：本导电滑环电接触磨损实验单元可以适应多种导电滑环的磨损测量要求，能模拟导电滑环的带电工作磨损状态，使用方便，操作简单。
附图说明
图1是一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元主视图。
图中：1微型球轴承；2导电环；3束式电刷；4螺钉；5L型电刷托架；6摩擦力传感器；7压紧力传感器；8支撑块；9滑块；10导轨；11底板；12轴承端盖；13螺杆；14弹性挡圈；15球轴承；16轴承座；17螺母；18摩擦力传感器导线；19电刷导线；20压紧力传感器导线；21小销座；22销轴；23连杆。
具体实施方式
结合技术方案和附图进一步说明本发明的具体实施方式：
图1表达了一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元的总体结构，配合相关的控制、检测及记录单元就能构成一套电接触磨损实验系统。其布局为：采用卧式主轴及丝杠螺母位移加力结构，安装被测导电环2的主轴水平布置，被测束式电刷3末端用金属薄片捆扎，竖直安装在具有绝缘性的L型电刷托架5的定位孔中定位，通过锁紧螺钉4固定，在L型电刷托架5的上端与具有电绝缘性的连杆23之间通过微型球轴承1和销轴22连接，小销座21与连杆23之间也通过微型球轴承1和销轴22连接，小销座21用两个螺钉固定在压紧力传感器7上。L型电刷托架5的下端也通过微型球轴承和销轴与另一个小销座连接，这个小销座通过两个螺钉固定在摩擦力传感器6上。这两个测力传感器分别用两个螺钉固定在支撑块8上，支撑块8通过锁紧螺钉固定在滑块9上，螺杆13与支撑块8通过螺纹配合联接在一起，可以实现较高的传动精度和较好的传动平稳性，通过转动螺杆13，可以实现滑块9与支撑块8一起左右滑动，进而实现束式电刷3与导电环2接触压紧，待调节好适当的接触压紧力，再锁紧螺母17，使螺杆13固定，达到精确定位效果。为使螺杆13只能转动、不能移动，利用轴承座16、球轴承15、弹性挡圈14及轴承端盖12约束其水平位移自由度。在螺杆13上设计阶梯轴结构，使球轴承15内圈右侧定位，球轴承15内圈孔与螺杆13轴过盈配合；在螺杆13轴上设计环槽，用于放置弹性挡圈14，实现球轴承15内圈的左侧定位；在轴承座16上设计沉孔，便于球轴承15外圈的左侧定位；在轴承座16右侧加盖轴承端盖12，实现球轴承15外圈的右侧定位，轴承端盖12通过6颗锁紧螺钉固定在轴承座16上；轴承座16上设计两个沉孔，通过锁紧螺钉固定在底板11上；滑块9安装在标准的导轨10上，可以进行左右滑动，便于调节束式电刷与导电环的接触载荷。
从附图1中还可以看出，从束式电刷3末端引出的电刷导线19连接到外界的一个标准低电阻测量仪上，电刷导线19焊接在束式电刷3末端的金属薄片上。该实验单元工作时采用对称布置，导电环2另一边的束式电刷3末端也引出一根电刷导线19连接到标准低电阻测量仪上，这样就构成一条电阻测量回路，为减少电刷导线19的硬度对测量结果的影响，尽量选用较软的导线。两束电刷3与一个被测导电环2串联经过电刷导线19接入到一个外接的标准低电阻测量仪中，由标准低电阻测量仪测得的总电阻来自于两根电刷导线19、两束电刷3与一个被测导电环2串联回路，扣除两根电刷导线19的内阻及其他连接电阻就可以计算得到束式电刷3与导电环2摩擦副的滑动接触电阻。
束式电刷3与导电环2的接触压紧力来自螺杆13的螺纹锁紧力，压紧力传感器7通过小销座21与连杆23相连接，连杆23用螺钉固定在L型电刷托架5上，在束式电刷3与导电环2接触后，转动螺杆13就可以调节束式电刷3与导电环2的接触压紧力，压紧力传感器7也受到小销座21的压力产生应变，通过压紧力传感器导线20接入调理电路后可测出该接触压紧力。
当束式电刷3与导电环2接触磨损时，导电环2在伺服电机的驱动下转动，方向相反的两个摩擦力通过L型电刷托架5传到小销座上，使摩擦力传感器6产生应变，通过摩擦力传感器导线18接入调理电路后可以测量出摩擦力数值。
本磨损及检测单元能给被测导电环2及束式电刷3提供准确可靠的定位及安装，方便设定被测导电环2与束式电刷3之间的接触压紧力，可实现被测导电环2与束式电刷3之间的带电磨损并测量出磨损试验时的摩擦力和接触电阻，满足了加速带电磨损试验要求。
Claims (2)
1.一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元，该束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元包括导电环(2)和摩擦力传感器(6)；其特征在于，还包括微型球轴承(1)、束式电刷(3)、螺钉(4)、L型电刷托架(5)、压紧力传感器(7)、支撑块(8)、滑块(9)、导轨(10)、底板(11)、轴承端盖(12)、螺杆(13)、弹性挡圈(14)、球轴承(15)、轴承座(16)、螺母(17)、摩擦力传感器导线(18)、电刷导线(19)、压紧力传感器导线(20)、小销座(21)、销轴(22)和连杆(23)；
所述的束式电刷(3)的末端竖直安装在L型电刷托架(5)底板的定位孔中，并通过锁紧螺钉(4)固定，避免束式电刷(3)移位或窜动；
所述的L型电刷托架(5)、连杆(23)、压紧力传感器(7)和摩擦力传感器(6)首尾相连，构成一个长方形框架；其中，L型电刷托架(5)的侧板上端通过微型球轴承(1)及销轴(22)与水平布置的连杆(23)的一端相连，连杆(23)的另一端通过微型球轴承(1)及销轴(22)与小销座(21)相连，小销座(21)固定于竖直布置的压紧力传感器(7)的一端，压紧力传感器(7)的另一端固定于支撑块(8)上；L型电刷托架(5)的底板通过微型球轴承(1)及销轴(22)与小销座(21)相连，小销座(21)固定于水平布置的摩擦力传感器(6)的一端，摩擦力传感器(6)的另一端固定于支撑块(8)上；摩擦力传感器(6)通过小销座(21)的竖直位移测量束式电刷(3)与导电环(2)的摩擦力，压紧力传感器(7)通过小销座(21)的水平位移测量束式电刷(3)与导电环(2)的水平接触载荷；
支撑块(8)固定于滑块(9)上，螺杆(13)水平依次穿过螺母(17)和支撑块(8)，通过螺纹与支撑块(8)配合连接；通过转动螺杆(13)，实现滑块(9)与支撑块(8)同步水平滑动，进而实现束式电刷(3)与导电环(2)接触压紧，待调节好接触压紧力后，锁紧螺母(17)，使螺杆(13)固定，实现精确定位；
所述的螺杆(13)的端部设置轴承端盖(12)、弹性挡圈(14)、球轴承(15)及轴承座(16)，共同用于约束螺杆(13)水平位移自由度，使螺杆(13)只能转动、不能移动；球轴承(15)内圈孔与螺杆(13)轴过盈配合，螺杆(13)上设有环槽及阶梯轴结构，分别位于球轴承(15)的左、右两侧，阶梯轴结构用于球轴承(15)内圈的右侧定位，环槽中放置弹性挡圈(14)，用于实现球轴承(15)内圈的左侧定位；轴承座(16)竖直固定在底板(11)上，轴承座(16)上设有沉孔，用于球轴承(15)外圈的左侧定位，轴承座(16)右侧加盖轴承端盖(12)，用于球轴承(15)外圈的右侧定位；所述的滑块(9)安装在导轨(10)上，滑块(9)沿导轨(10)水平滑动，便于调节束式电刷(3)与导电环(2)的接触载荷；导轨(10)固定于底板(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种束式电刷导电滑环电接触磨损检测单元，其特征在于，所述的微型球轴承(1)采用对称布置，利用L型电刷托架(5)上的沉孔定位，销轴(22)和小销座(21)孔采用过盈配合，销轴(22)与微型球轴承(1)内圈间采用过渡配合。
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