第六章?lián)Q向器與集電環(huán)制造

1、電刷組件的結(jié)構(gòu)和裝配微電機(jī)制造工藝學(xué)概述電刷組件的結(jié)構(gòu)和裝配 電刷與換向器或電刷與集電環(huán)構(gòu)成滑動(dòng)接觸。電刷的主要作用是引入或輸出電流、電壓。電刷和電刷組件間的滑動(dòng)接觸應(yīng)穩(wěn)定可靠，有良好的潤(rùn)滑和耐磨損性能，并具有良好的導(dǎo)電性、較小的電阻系數(shù)，還要求有良好的導(dǎo)熱性以及抑制火花的產(chǎn)生和耐火花燒灼的性能。電刷組件的結(jié)構(gòu)和裝配 微電機(jī)使用的電刷及其壓緊彈簧有多種型式。主要有石墨類(lèi)電刷，配以各種壓緊彈簧組件，以及絲片狀彈簧電刷等。 由于石墨類(lèi)電刷有一定截面積和高度，所以多數(shù)需要設(shè)置刷盒、彈簧、刷握等，并將它們固定在端蓋上。常把電刷和固定電刷的刷盒、彈簧、刷握等部件的總體叫電刷組件。 電刷組件既要準(zhǔn)確保證電

2、刷在換向器或集電環(huán)上的位置，又要保證電刷與換向器或集電環(huán)的滑動(dòng)接觸穩(wěn)定可拿靠。因此，結(jié)構(gòu)上常需精心設(shè)計(jì)和加工，安裝要求也較高。 對(duì)金屬?gòu)椈呻娝?，主要依靠金屬電刷片或電刷絲自己的彈力，將其壓在換向器或集電環(huán)上一般只需將絲、片狀金屬電刷一端固定，而不需另設(shè)刷盒和刷握等，故結(jié)構(gòu)和加工都比較簡(jiǎn)單，適用于尺寸小、電流小、電壓低的情況。 一、石墨電刷組件一、石墨電刷組件石墨電刷常用的有三種，即天然石墨電刷（簡(jiǎn)稱石墨電刷）、電化石墨電刷和金屬石墨電刷。 國(guó)產(chǎn)常用的石墨電刷牌號(hào)和主要性能見(jiàn)表8-11。從表8-11著到，天然石墨電刷和電化石墨電刷電阻系數(shù)和電刷壓降較大，比較耐磨，允許使用的線速度較高（可達(dá)507

3、0米秒）。金屬石墨電刷電阻系數(shù)和電刷壓降較小，耐磨性能較差允許使用的線速度較低，約1535米秒。這些電刷都有系列產(chǎn)品，其尺寸和公差都有標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)尺寸按t(厚）Xa（寬)Xr(高)。尺寸t、a、r的組合見(jiàn)表8-12。尺寸t、a、r的公差見(jiàn)表8-13。 電刷牌號(hào)的確定應(yīng)根據(jù)電機(jī)種類(lèi)、容量、電壓、轉(zhuǎn)速和環(huán)境條件，以及表8-11所列各項(xiàng)性能進(jìn)行選擇。2.電刷裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 石墨電刷裝置按電刷在換向器或集電環(huán)上的安裝方向分為：徑向式、后傾式和前傾式三種，如圖8-34(a)、(b),、(c)所示。 徑向式電刷對(duì)單向和雙向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)都適用。對(duì)要求能兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，則必須采用徑向安裝結(jié)構(gòu)。單方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)采

4、用徑向電刷時(shí)，還可以采用上端面傾斜式，如圖835。電刷對(duì)刷盒前壁有一個(gè)適當(dāng)?shù)目烤o分力，可以提高電刷工作的穩(wěn)定性。 對(duì)只允許一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，如電源電機(jī)、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)及部分轉(zhuǎn)速較高的直流電動(dòng)機(jī)等，常采用后傾式結(jié)構(gòu)，如圖8-34(b)。后傾角度大約在300左右，這時(shí)電刷上的壓力F在切向的分量。FtFsinFt與電刷摩擦Fm方向相反，一般取FtFm，這可使電刷與刷璧之間的滑動(dòng)摩擦減輕，提高電刷與換向器滑動(dòng)接觸的靈活性，改新善換向性能。當(dāng)FtFm時(shí)，電刷基本不與刷盒璧接觸電刷在刷盒中最靈活，但電刷工作穩(wěn)定性較差。 前傾式電刷在工作中被緊壓在刷盒側(cè)璧上，減振效果好，電刷工作穩(wěn)定性好，有利于減小火花因壓力

5、F的切向分量F.與電刷摩擦力方向相同，加重了電刷與刷盒壁之間的摩擦，故前傾角應(yīng)較小，可取150左右。在較大功率的同步發(fā)電機(jī)集電環(huán)上，前傾與后傾式電刷可成對(duì)使用，形成爪式刷握結(jié)構(gòu)，如圖8-36。這種結(jié)構(gòu)在直流力矩電機(jī)中也被采用，只是其彈黃一般采用金屬片。這種結(jié)構(gòu)也適用于要求兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的情況。在常用的徑向式結(jié)構(gòu)中，彈簧加壓方式也有不同。如圖8-37(a)為蝸線彈簧，(b)為螺旋彈簧，(c）為拉簧。這三種彈簧加壓方式都是使彈簧壓力直接作用在電刷上。圖8-37 (d)為杠桿壓板式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是彈簧壓力不直接壓到電刷上。直接加壓的電刷裝置中，隨著電刷的磨損，彈簧壓力將隨之減小。而間接作用的電刷裝置中（

6、圖8-37(d)，彈簧壓力在電刷上的分量可基本保持不變，因?yàn)閺椈衫與加在電刷上的壓力F之間的關(guān)系為 FlF,l,式中l(wèi)與l1分別如圖8-37(d)所示。電刷磨損后，F(xiàn)變小而L相應(yīng)有所增加，兩者的綜合可保持電刷壓力基本不變。圖8-38為蝸線彈簧電刷裝置結(jié)構(gòu)。(a)為徑向式，(b)為后傾式。用兩個(gè)專用的螺拴，由專用工具定位，把刷盒固定在塑料壓制的電刷架上。蝸線彈簧可以用鈹青銅或彈簧鋼片制成刷盒可用黃銅、也可用鋁合金精密鑄造。盒式螺旋彈簧電刷裝置結(jié)構(gòu)如圖8-39所示，（a）為徑向式，（b）為傾斜式。徑向式結(jié)構(gòu)也可用在端面換向器上，見(jiàn)圖1-10，這時(shí)它成為軸向式。這種電刷裝置結(jié)構(gòu)多用于小功率直流電

7、機(jī)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊。它一般由銅刷盒1和擰在刷盒上的刷蓋8組成，彈簧2通過(guò)刷蓋8給電刷加壓。刷盒材料多為黃銅。端蓋與刷盒之間為塑壓的絕緣襯套7。電刷引線焊在銅刷盒一端。這種結(jié)構(gòu)用于小機(jī)座號(hào)直流電機(jī)。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于安裝刷盒。劇盒可用黃銅或紫銅板沖壓而成，彈簧用不銹鋼絲或琴弦鋼絲卷制。 圖840為拉簧式電刷裝置。這種結(jié)構(gòu)用于小機(jī)座號(hào)直流電機(jī)。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，便于安裝刷盒。劇盒可用黃銅或紫銅板沖壓而成，彈簧用不銹鋼絲或琴弦鋼絲卷制。 3.電刷裝配的主要要求(1)使電刷在換向器或集電環(huán)上的位置和尺寸有足夠的精度，并使電刷與刷盒內(nèi)壁間有合適的間隙。這樣既保證電刷在換向器上位置正確，也使電刷

8、在刷盒內(nèi)活動(dòng)自如，不滯住不偏斜。為此，刷盒下邊與換向器表面間距離不宜過(guò)大，如圖8-41所示。一般情況下距離可取為0.82.0毫米。過(guò)大，如圖8-41(6)，將使電刷偏斜。此外，刷盒也應(yīng)有一定的剛度、精確的尺寸和光滑的內(nèi)表面。電刷與刷盒內(nèi)壁間隙一般為每邊0.020.2毫米。（2）電刷工作時(shí)，彈簧加在電刷上的壓力應(yīng)變化較小或基本不變。這要求電刷和換向器耐磨損，單位面積電刷壓力合適，通常在1.5-4.0牛頓厘米2范圍以內(nèi)選取，對(duì)汽車(chē)摩托車(chē)起動(dòng)電機(jī)最大可達(dá)68牛頓厘米2。(3)刷盒的固定部位應(yīng)有足夠的剛度，以免使刷盒和刷架隨電刷產(chǎn)生振動(dòng)。(4)電刷安裝后，需進(jìn)行電機(jī)通電空載磨合，即電刷研磨（磨合）。可

9、以先在專用的砂輪機(jī)上預(yù)磨，經(jīng)最后磨合使電刷與換向器表面之間的磨合面不少于電刷截面積的7080%。(5)電刷裝置安裝后，通過(guò)專用樣板等量具，檢驗(yàn)刷盒的距離、刷盒內(nèi)圓至端蓋中心線間的距離。并用測(cè)力計(jì)檢查電刷壓力并調(diào)整到要求數(shù)值。二、金屬?gòu)椈呻娝?對(duì)于小型直流力矩電機(jī)、錄音機(jī)電機(jī)和有滑動(dòng)接勝的交流控制用微電機(jī)等，由于尺寸小，導(dǎo)引的電流不大，故多采用金屬?gòu)椈呻娝ⅰＦ渲幸活?lèi)如圖842所示，用金屬石墨塊或貴重金屬（銀及其合金等）塊焊接或鉚接在金屬?gòu)椈伤⑵稀D8-42(a)常用于自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器；(b)常用于小型力矩電機(jī)；(c)、(d)、(e)多用于小尺寸的直流伺服電機(jī)。為了減小噪聲，增加彈性壓力，電

10、刷片上可粘有橡膠帶或硅橡膠等。另一類(lèi)如圖8-43、圖8-44所示，只有金屬絲或金屬片直接壓在換向器或集電環(huán)上。這些金屬絲或金屬片由沖制打彎成型，既是電刷又是刷架。它的主要要求是硬度較高，摩擦系數(shù)小，電噪聲低。 為了保證可靠接觸和耐磨，刷絲或刷片多采用耐磨、不銹蝕、接觸電阻穩(wěn)定的銅合金、貴重金屬及其合金，還有多元合金絲或片等。常用金屬電刷材料的規(guī)格和應(yīng)用見(jiàn)表8-14。為了節(jié)省貴重金屬，提高耐磨性，可在鈹青銅片或絲上局部與換向器接觸處）鍍金?；虿捎勉y基合金（銀銅、銀鈀等）片，或用2-3根金鎳合金絲平行地焊接在薄導(dǎo)電片上等。金屬電刷一般經(jīng)沖裁與彎形等工序，在級(jí)進(jìn)式?jīng)_模中進(jìn)行。關(guān)鍵要求是尺寸精度高，無(wú)毛刺，彎形處無(wú)裂紋，表面無(wú)劃痕