束式电刷导电滑环的磨损特性研究

摘要

束式电刷导电滑环，即将一股刷丝束与导电环滑动接触用于传递信号和电流的装置，具有稳定性好、精度高、接触磨损率低、动态接触电阻低、寿命长等特点。研究束式刷丝和导电环的接触力学特性、动态滑动磨损的规律、电刷和导电环的电接触特性十分必要，其对于预估束式电刷导电滑环的寿命以及进一步延长束式电刷导电滑环的寿命都有着十分重要的意义。 本文首先对单丝电刷导电滑环的静态接触力学特性展开研究，利用赫兹公式推导出单丝电刷和导电滑环的变形接近量、最大接触应力和载荷之间的关系，并利用有限元软件ABAQUS建立单丝电刷导电滑环的接触模型，得出有限元分析的结果，验证单丝电刷导电滑环理论模型的正确性；在单丝电刷导电滑环的研究基础上，建立束式电刷导电滑环的有限元模型，开展准静态分析，引出载荷分布系数这一特征量来揭示束式电刷导电滑环的接触力学特性规律。 对于不同的磨损机理进行分类，主要分为黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损，阐述不同的磨损过程的影响因素及其磨损规律。基于黏着磨损的机理，建立单丝电刷和导电滑环的滑动磨损模型，再以单丝电刷导电滑环的滑动磨损模型为基础，进一步建立束式电刷导电滑环的滑动磨损模型，推导出束式电刷导电滑环的磨损量、磨损厚度和时间的关系公式。 从接触电阻、热传导理论和电流对接触斑点的加热三个方面阐述电接触理论，在电接触理论的基础上，建立导电滑环的电接触模型，施加电势边界条件，得出导电滑环接触对的温度场和电流密度的分布规律及其云图；在特制的束式电刷导电滑环磨损试验台上开展电接触特性磨损试验，研究束式电刷导电滑环的接触电阻和摩擦系数随时间的变化规律，分析试验后的刷丝和导电环的微观形貌以及实际工况下的刷丝表面黏着层的成份，得出束式电刷导电滑环磨损的主要磨损机理，对实际工程中束式电刷导电滑环的设计、应用和寿命预测具有较高的指导意义。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 导电滑环的研究现状

1.2.2 摩擦副载流磨损的研究现状

1.2.3 电接触材料的发展现状[11-12]

1.2.4 振动摩擦的研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 本章小结

2 单丝电刷导电滑环的静态接触力学特性分析

2.1 引言

2.2 单丝电刷导电滑环的几何模型

2.2.1 几何模型简化

2.2.2 数学模型建立

2.3 有限元仿真分析

2.3.1 有限元仿真分析流程

2.3.2 单丝电刷导电滑环结构部件的建立

2.3.3 刷丝的网格密度确定和结构化网格划分

2.3.4 有限元分析结果

2.4 本章小结

3 束式电刷导电滑环的接触特性分析

3.1 引言

3.2 ABAQUS准静态分析

3.2.1 Explicit和Standard求解器的对比

3.2.2 光滑幅值曲线

3.2.3 结构问题

3.2.4 质量放大

3.3 有限元仿真分析

3.3.1 束式电刷导电滑环结构部件的建立

3.3.2 刷丝的网格密度确定和结构化网格划分

3.3.3 有限元分析结果

3.4 本章小结

4 导电滑环动态摩擦磨损特性分析

4.1 磨损机理的分类及其规律

4.1.1 黏着磨损

4.1.2 磨料磨损

4.1.3 疲劳磨损

4.1.4 腐蚀磨损

4.2 导电滑环滑动磨损的模型建立

4.2.1 导电滑环磨损的基本假设

4.2.2 单丝电刷导电滑环滑动磨损的模型建立

4.2.3 束式电刷导电滑环滑动磨损的模型建立

4.3 本章小结

5 导电滑环的电接触特性分析

5.1 引言

5.2 电接触理论

5.2.1 接触电阻

5.2.2 热传导理论

5.2.3 电流对接触斑点的加热

5.3 电接触有限元仿真分析

5.3.1 有限元仿真流程

5.3.2 几何模型建立

5.3.3 接触体的材料参数

5.4 有限元仿真结果分析

5.4.1 接触单元的温度场分析

5.4.2 接触单元的电流密度分析

5.5 本章小结

6 导电滑环的载流磨损试验研究

6.1 导电滑环摩擦磨损特性的试验参数

6.1.1 摩擦系数

6.1.2 磨损量和磨损率

6.2 试验方案的设计

6.2.1 试验目的

6.2.2 试验材料

6.2.3 试验方法

6.2.4 试验规程

6.3 实验结果分析

6.3.1 磨损量分析

6.3.2 接触电阻和摩擦系数曲线分析

6.3.3 表面形貌分析

6.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢