环刷刷丝接触压力检测系统设计

　　0 引言

　　导电滑环一直以来被应用于尖端军事领域，是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件。导电滑环特别适用于无限制的连续旋转，同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或数据的场所。导电滑环主要包括环刷和导电环等部件，一般来说，导电环部分是转子，环刷部分是定子。在电气设计过程中，机械部分 360°无限制连续旋转时，导线需连接到旋转部件上去，电气工程师就会遇到导线缠绕问题，这时候，需要一个电旋转连接器，俗称导电滑环来传输动力和信号的旋转连接。环刷是导电滑环的重要组成部件，其特点是刷丝数量多、间距微小、刷丝精细、刷丝与导电环的接触压力值小。对环刷刷丝接触压力的准确控制直接关系着导电滑环的技术性能和使用寿命，所以对导电滑环刷丝接触压力的检测与控制，在其生产和使用过程中至关重要。本文将针对环刷的上述特点详细研究环刷刷丝接触压力的检测方法和技术，并设计一套导电滑环刷丝接触压力检测系统，实现环刷刷丝接触压力的自动精密测量。

　　1 测量原理

　　环刷刷丝接触压力是环刷刷丝和滑环接触时，滑环使环刷刷丝变形所产生的环刷刷丝对滑环的作用力。故在对环刷刷丝接触压力测量过程中，须复现导电环刷的真实工作状况，保证测量的真实性和准确性。

　　依据滑环的外形结构尺寸和与环刷的装配位置关系，加工制造特定的环刷装卡装置和探针结构，确保测量过程与工作状况一致。如此条件下，当探针使环刷刷丝产生的形变量和滑环使环刷刷丝产生的形变量相同时，即可认为刷丝对探针产生的接触压力值也等于刷丝对滑环产生的压力值，从而测出环刷刷丝的接触压力，进而按其判定标准判断是否合格。

　　2 系统组成

　　环刷刷丝接触压力检测系统是一套手动自动一体、三轴运动控制、两轴力值测量的检测系统，可实现高精度运动控制、微小力值测量、环刷装夹、自动检测、测试报告生成打印、力值标定、位移标定等功能。检测系统主要由检测装置、电控系统、测试软件组成。

　　2. 1 检测装置设计

　　某型号环刷的结构如图 1 所示，它由规则的两列刷丝组成，在与其他零部件组装之前，需对每根刷丝的接触压力值进行检测，判断是否合格。为了能够检测到每根刷丝，所设计的检测装置需能满足 X 和 Y方向的位移运动。检测装置结构如图 2 所示，它由全自动三轴位移定位平台、测力传感器和环刷工装卡具及探针组成。

　　三轴位移定位平台为检测系统的机械主体，由两个可做 X 向滑动的上滑板和一个可做 Y 向滑动的下滑板组成。两只力传感器分别安装在上滑板上，被带动进行 X 向和 Y 向运动至各个检测点测量环刷刷丝接触压力值的大小。为满足概述中所列出的环刷刷丝数量多、间距微小、刷丝精细、刷丝与导电环的接触压力值小等特点，要求三轴位移定位平台须定位准确、运动平稳。本系统中三轴位移定位平台的运动是通过伺服电机带动精密滚珠丝杠来实现的，其速度以及步进值都可以通过程序预设，同时也可以用操作人员摇动手轮的方式进行定位。三轴位移定位平台的各轴在工作行程内重复定位误差为 ± 0. 005 mm，保证力值测量误差为 ±1 mN。