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影响电刷磨损的原因及对策探析

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文章附图

影响电刷磨损的原因及对策探析

段伟

贵州大学贵州贵阳550025

中图分类号TN 文献标识码A 文章编号16730992200906004102

在机构驱动方面有刷直流电机以低成本输出大转矩能够

频繁开关机及正反转调节方便而得到广泛应用特别在一些恶

劣的环境中,有刷直流电机结构简单控制方便的优势更为明显

电刷作为直接影响电机能否正常运转及电机工作寿命的关键件

其工作状况受环境影响较大 为保证电机使用稳定性及可靠性

必须对电刷的磨损进行分析

影响电刷磨损的主要因素

1弹簧压力对电刷磨损的影响

电刷磨损的最根本原因与电刷本身的材质有密切关系当电

刷材质一定时它的磨损可由两大部分组成一为机械磨损二为

电气磨损如果电刷压力过低则可能加速电气磨损反之如电刷

压力过高则加速机械磨损

2电刷与刷握架之间的关系对电刷磨损的影响

电刷在换向过程中促使电刷的磨损量增加火花逐渐恶化的

原因是多种多样的其中刷握架尺寸不符合设计要求以及安装不

良等也是原因之一一般常识都知道电刷在刷握中的公差配合是

不能太紧的如果太紧便使电刷与刷握间的摩擦力增加从而造

成弹簧施加在电刷上的力部分或全部被摩擦力所抵消 引起火花

严重增加或电刷被电灼烧焦后出现接触不良或换向火花增大现

如果电刷与刷握之间的公差尺寸配合太松甚至不符合公差配

合要求 就会使电刷与换向器接触时在换向器旋转方向的电刷上

角产生电灼烧伤由于火花增大所带来的磨损量也将大大增加

3电流对电刷磨损的影响

电刷与换向器进行滑动接触时 在电流流过接触部分之前

因电流集中在电刷表面的最小部分面积引起该部分发热温度远

远超过电刷的平均温度多元化的粘结碳受热时氧化所以在接

近电刷的表面材料结构容易变弱结果最初虽牢固结合的碳素或

石墨粒子因受换向器表面的摩擦而从表面脱落下来一般电流

流进的电刷比电流流出的电刷磨损快电流流出的电刷表面光

而电流流进的电刷表面粗糙这就是造成流进电刷磨损快的

原因之一

4偏心对电刷磨损的影响

换向器偏心轴承游隙等因素很容易造成电刷与换向器表面

接触不稳定这样在电刷下容易产生较大的换向火花致使电刷

表面易烧伤加剧电刷的磨损另外由于电刷与换向器表面接触

不平稳构成电刷的局部应力超过弹性极限引起碳破碎从而加剧

电刷磨损换向器偏心时电刷磨损较快同样轴承磨损也将导致

换向器偏心使其磨损增大在相同的条件下通过试验得出在轴

承磨损及换向器异常时电刷的磨损量比正常高达1030

5温度湿度对电刷磨损的影响

当电机工作温度过高时,其换向器表面形成过厚的氧化膜

部分氧化膜由于摩擦脱落使换向器表面变得不均匀使电刷磨

增加温度过低时形成较薄的氧化膜当电机温度太高或太低

产生较大的磨损电机通电时湿度越高则接触压降越大

电能作用换向器向电刷接触表面析出的金属增多换向器表面平

滑度变差电刷磨损更快另外湿度越高则易构成换向片间碳

粉堆积短路或水分杂质构成片间短路而造成较大火花导致电碳

结构发生转变而加剧电刷磨损并且造成换向器表面磨损当电

机绝对湿度小于0.003kg/m3 ,引起电刷异常磨损,绝对湿度小于

0.0003kg/m3 引起电刷的粉化磨损

有效的改进措施

1保证部件制造与装配质量

1 对机械因素引起的电刷磨损可通过加工换向器表面

证换向器的表面粗糙度,使电刷同换向器间光滑接触

2 根据电机转速对转子校动平衡, 使其在运转时偏心质量产生

的惯性力和惯性力偶矩同时保持平衡 一般保证偏心度不大于

10- 5m

3严格控制与轴承配合有关部件的尺寸公差及形位公差,

证轴承正常运转不受损伤轴承及转子的安装不能依靠装配工人

的经验和手感要通过改进工装和工艺方法来保证轴承及转子的

安装位置角度及压力

4一般在电机生产厂电刷经过入厂检验后在装机前必须

对其接触面进行研磨以保证电刷与换向器接触紧密无论哪种

情况研磨后电刷的接触面应在90%以上

5安装电刷后调整弹簧压力电刷弹簧压力一般应保持在

15~25kPa 范围内每只电刷的压力基本均匀以免引起电流分布

不均匀一般电刷间的压力差应不超过±10%

2提高电刷的可靠性耐磨性换向性及使用寿命

1一般认为, 要想延长电刷寿命就应当提高其耐磨性

目前广泛使用的电刷采用铜石墨等粉末以酚醛树脂为

粘结剂经混合热压加工而成以增加电刷的硬度并相应提高其

耐磨性我们知道绝大多数航空机载直流电机,为了降低功耗

们的换向器几乎都是由纯铜或铜银合金制作铜与铜银合金的材

质较软, 如果配置这样掺入大量金属颗粒的电刷那么电刷就会

起到一种细粒砂轮的作用在电机旋转过程中不停地对换向器进

行磨削电刷内的金属颗粒含量越高电刷的质地就越硬当然耐

磨性也越好同时对换向器的磨削作用也就越显著在这种情况

对换向器是不利的

2在提高换向器表面硬度和耐磨性方面做工作比如采用

高硬度合金材料替代纯铜或银铜合金然而在常温下没有一种合

金材料的电导率能与纯铜相比包括银铜合金也是如此几乎所

有的金属随着其合金元素含量的增加导电性能将会急剧变坏

换向器无疑成了一个电热器, 这对整机是极其有害的

3在长期的研究与实践中我们认识到要想有效地延长电

刷寿命必须抛弃常规做法创出一条新的路子西方国家及俄罗

斯普遍采用了黑色航空电刷替代有色电刷黑色电刷采用优质耐

磨碳黑为主要基料 粘结剂选用经特殊处理的改性高温沥青

选配比适中粒度组成恰到好处的固体润滑材料在添加剂方面

优选自调整氧化膜厚薄的研磨剂采用了振动——球磨——双螺

旋混工艺以及高空减磨技术浸渍无机盐金属皂等技术实践

证明黑色电刷的耐磨性好使用寿命长稳定性好适用高度高

可有效地提高航空电机的可靠性

3实验研究

TJQ 电刷是常用的有色电刷 在使用过程中存在磨损严重的

现象TD 是新研制的黑色耐磨电刷对这两种电刷

试验结果表明黑色电刷具有以下优势

1电刷使用寿命长在同种电机上黑色电刷的使用寿命是

有色电刷的2~4

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