万旋对导电滑环接触材料摩擦磨损特性研究

为了满足导电滑环在现实中的应用需求，就需要有一套电刷和导电滑环工作性能评测装置对滑环进行可靠性的评测。以便于在各种特殊环境下，对影响滑环的主要性能指标的因素进行分析和合理的改进，包括对材料的配方，加工的工艺，设计结构等方面综合评定。得出什么样的电接触材料拥有更好的耐磨性、导电性能、耐久性，电刷与滑环的压力多少是适宜，既能满足导电性又能使磨损少，什么样的性能才能满足***等航天器对滑环的接触性和使用寿命和可靠性的要求。

导电滑环是仪器设备中的关键部件,其工作时受到多种因素的影响会发生磨损,对导电滑环接触材料的摩擦磨损特性进行研究有着重要的现实意义。课题对精密导电滑环中的两组典型的接触材料(导电环AuAgCu35-5和刷丝PtIr25;导电环AuAgCu20-10刷丝AuCuPtAg)的磨损特性进行研究。

针对课题要求研制了一台摩擦磨损试验台,该试验台可以真实模拟导电滑环的实际工况,能实现导电环与电刷丝的均匀磨损,可在一定范围内实现接触载荷、电流及速度的连续调节,满足了导电滑环接触材料的摩擦磨损试验要求。 通过正交试验法研究了接触载荷、电流和相对速度对导电滑环接触材料摩擦系数、磨损率以及接触电阻的影响程度,分析出接触载荷和电流是主要的影响因素。

然后通过单因素试验得到了载荷和电流对导电滑环接触材料摩擦磨损特性的影响规律,并分析了产生这种影响规律的可能原因。根据电接触摩擦磨损的相关理论,结合微观手段,分析了导电滑环接触材料的摩擦磨损机制。研究结果如下： 

1.两接触材料的摩擦系数随接触载荷的增大而减小,趋于稳定。当载荷大于一定值时,摩擦系数随电流增大有略微增大的趋势。导电环的磨损率随电流的增大而增大,当电流增大到一定值时,材料的磨损率随载荷的增大,呈现出先减小后增大的“U”型变化规律。摩擦副的接触电阻随载荷的增大而减小,趋于稳定值。

2.摩擦副间存在一合适的接触载荷,在这个载荷附近,接触材料的磨损率较小,而且摩擦副间摩擦系数与接触电阻也较低。在此载荷下,导电滑环具有优良的工作性能。当接触材料不同,这个合适的接触载荷也不同。

3.摩擦副磨损以导电环为主,刷丝为辅。工作时导电环会发生粘着磨损、磨粒磨损和电弧侵蚀现象。低接触载荷条件下,导电环的机械磨损较轻,主要为粘着磨损,此时当电流较大时,电气磨损是主要的磨损形式,导电环会发生较严重的电弧侵蚀；高接触载荷条件下,机械磨损是主要的磨损形式,电气磨损相对较弱,导电环主要发生磨粒磨损和粘着磨损。


精密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，由导电滑环、电刷、组合支架、精密轴承、防尘罩及其他辅助件等组成，是各种精密转台、离心机、机械臂等设备的关键器件。