浅谈接触电阻对导电滑环的影响

郭治军 钟江英 戴长军

摘 要：导电滑环是实现两个相对旋转机构间的能量、信号传递的输电装置。本文以与导电滑环的可靠性及寿命相关的接触电阻为研究对象，分析影响接触电阻的三个因素，详尽地阐述了动态接触电阻变化量与

静态接触电阻的检测方法，并对检测中出现的问题提出相应的处理措施。

关键词：导电滑环 静态接触电阻 动态接触电阻

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0085-02

导电滑环是实现两个相对旋转机构间能量、信号传递的输电装置，主要由滑环体、电刷组件、组合支架、轴承、轴承端盖等零部件组成。滑环环体表面镀覆多层贵金属，电刷组件电刷用金基合金丝加工成型，组装成一整体，电刷成U型与相应环槽对称双接触，借电刷丝的弹性压力与环槽滑动接触来传递信号和能量，广泛应用于海、陆、空、天领域的测试系统和惯导系统。

1 导电滑环接触电阻指标的解析

静态接触电阻和动态接触电阻变化量作为导电滑环的主要性能指标，其稳定性直接影响信号的传输质量，当动态接触电阻的变化量较大时，如若是功率环，则会出现打火花现象，如若是信号环，则会影响信号传输的效果，因此，应尽可能地降低动态接触电阻变化量。

影响导电滑环接触电阻大小的主要因数有摩擦副接触材料的选择、接触形式、接触压力。

1.1 接触材料对接触电阻的影响

作为旋转设备必需的导电滑环，当其应用于恶劣环境中时，将承受诸如振动、冲击、高低温、湿热等环境因素变化的影响，因此研究导电滑环的过程中，必须首先合理地选择各零件材料，以保证其环境适应性。

作为导电滑环摩擦副的环片与刷丝，其材料的选择至关重要，为保证环片和刷丝的接触可靠性和寿命，应使两个材料的硬度尽可能匹配，当环片的材料硬度高于刷丝的硬度时，刷丝更容易磨损，但当刷丝材料的硬度高于环片的硬度时，环片上会出现一定的磨损，尤其在恶劣环境工况下，更容易出现过度磨损，影响其可靠性和寿命，这也给维护带来不便。

环片和刷丝在材料选择上要求材料导电率高，导热性能好，熔点高，电阻温度系数小（具有抗硫化、抗氧化、抗腐蚀性气体等特性），具有一定的硬度、耐磨性好等特点（抗熔焊性能好，耐电弧腐蚀和烧伤）。

试验表明，选用黄铜作为环片的材料较好。刷丝材料可以选用金镍丝，但金镍丝价格昂贵，通过对许多材料的性质比较发现，用铍青铜（QBe2）做刷丝比较好。另外，还可选用黄铜，在其表面镀一层贵金属，可以满足良好的导电性能，又有较好的防腐蚀的作用。

1.2 接触形式对接触电阻的影响

环片和刷丝的接触形式主要有点接触式和面接触，点接触式的接触电阻较小，但点接触的接触面很小，所能通过的最大电流有所限制，一般在10A以内（可采用双触点接触形式），基本上能够满足负载的需求，但是当电流大于10A以上时，可考虑采用面接触，面接触式的导电滑环需要径向尺寸比较大，结构比较复杂，投资较大，是目前滑环结构设计的难点之一，一定要有足够的空间位置方可使用。

1.3 接触压力对接触电阻的影响

电刷丝作为支架组件的重要组成部分，具有刷丝弹性好、刷丝细、刷丝数量多等特点，导电滑环借助电刷丝的弹性压力与导电环环槽滑动接触来传递信号，该弹性压力又称为接触压力，接触压力的选择与导电环传导的电流，电压有关。电流、电压越大，则需要的接触压力越大，接触压力增大，接触电阻变小，不容易出现电火花及电蚀现象。因此，在滑环装配过程中，在某种程度上会增加刷丝的接触压力，以来保证导电滑环的技术性能和使用寿命，但是压力的增大有一定的限度，如果超过限度会增加摩擦力矩，加速接触部分磨损，减少设备使用寿命。因此，选用适当的接触压力是很重要的，既要确保电刷丝的接触压力能够使刷丝很好地在导电环槽中滑动，又要确保不影响导电滑环的使用寿命，大量试验表明，接触压力控制在9～12g比较适宜。

2 导电滑环接触电阻的检测

接触电阻是表征导电滑环性能的主要指标之一，其检测分为动态接触电阻变化量检测和静态接触电阻检测.

2.1 静态接触电阻检测

静态接触电阻是导电滑环在转到不同指定角度位置时，同一环路的环片与刷丝之间的电阻值。根据GJB 1801-93《惯性技术测试设备主要性能试验方法》，对导电滑环转动过程中某些位置的电阻值进行测量。

将被测导电滑环的环引线和刷引线分别接到SW-Ⅱ型智能化数字微欧计（1μΩ～20kΩ）的两个测量端，当导电滑环转动到某些位置时，测量总电阻值Rt，减去各导电环环刷引出线的线阻值Rl，进而得到环片与刷丝的静态接触电阻Rs，即：

Rs=Rt-Rl （1）

试验表明，为了保证导电滑环信号传输的稳定性，不同位置的静态接触电阻的变化量一般控制在5mΩ以内。

2.2 动态接触电阻检测

静态接触电阻只反映导电滑环静止状态下接触电阻的情况，由于静态接触电阻不能反映导电滑环在转动过程中信号传输的情况，故还要对其动态接触电阻进行检测。

首先将被测导电滑环的环引线全部短接，刷引线分别接到SW-Ⅱ型智能化数字微欧计（1μΩ～20kΩ）的两个测量端，顺时针、逆时针转动滑环各一周，测量滑环在转动过程中的电阻值，取此过程中电阻的最大值Rmax和最小值Rmin 进而得到导电环与电刷丝的动态接触电阻Rd，即：

（2）

试验表明，为了保证导电滑环信号传输的稳定性，动态接触电阻的变化量一般控制在10mΩ以内。

为保证导电滑环信号传输的可靠性，在导电滑环接触电阻检测过程中，如果某一环的动态接触电阻变化量大于10mΩ或者其静态接触电阻变化量大于5m，那么就会影响其信号传输的质量，对其原因进行分析后，可以归纳为以下几个方面：

（1）环片V型表面的粗糙度。

导电滑环的工作原理实则是通过环片与刷丝的滑动干摩擦来实现信号传输，因此作为摩擦副的环片，其表面粗糙度必须达到一定的要求，如若环片V型表面很粗糙，则动态接触电阻不容易保证，且滑环的可靠性和寿命会受很大影响。影响环片粗糙度的因素较多，如环片粗糙度本身加工达不到图纸要求、环片和刷丝磨损产生的电介质等，当电介质不及时清理时，会影响动态接触电阻变化量，应使用无水乙醇对环槽表面反复清洗以消除沉积的电介质。

（2）接触压力不足导致接触不良。

由于接触压力与接触电阻成反比，环片和刷丝的接触压力过小是导致接触电阻过大的主要原因，因此，将刷丝的压力调整到合适的范围具有重要的意义，只有当刷丝压力稳定且合适了，才能保证滑环的正常工作。

3 结语

随着导电滑环应用的领域和范围越来越广，对其各项性能指标的检测显得越来越重要。本文在介绍导电滑环接触电阻的基础上，分别对静态接触电阻和动态接触电阻变化量的检测进行了阐述，總结了接触电阻大的原因以及相关的处理措施，从而保证导电滑环的可靠性和寿命。

参考文献

[1] 周小泉，王志勇.精密导电滑环主要检测参数的分析[J].计测技术，2007（S1）：72-73.

[2] 郭景会，孙丽，孙方金.积叠式导电滑环的研制[J].航天制造技术，2000（3）：8-10.

[3] GJB 1801-93，惯性技术测试设备主要性能试验方法[S].1994.