第六章换向器与集电环制造

1、电刷组件的结构和装配微电机制造工艺学概述电刷组件的结构和装配 电刷与换向器或电刷与集电环构成滑动接触。电刷的主要作用是引入或输出电流、电压。电刷和电刷组件间的滑动接触应稳定可靠，有良好的润滑和耐磨损性能，并具有良好的导电性、较小的电阻系数，还要求有良好的导热性以及抑制火花的产生和耐火花烧灼的性能。电刷组件的结构和装配 微电机使用的电刷及其压紧弹簧有多种型式。主要有石墨类电刷，配以各种压紧弹簧组件，以及丝片状弹簧电刷等。 由于石墨类电刷有一定截面积和高度，所以多数需要设置刷盒、弹簧、刷握等，并将它们固定在端盖上。常把电刷和固定电刷的刷盒、弹簧、刷握等部件的总体叫电刷组件。 电刷组件既要准确保证电

2、刷在换向器或集电环上的位置，又要保证电刷与换向器或集电环的滑动接触稳定可拿靠。因此，结构上常需精心设计和加工，安装要求也较高。 对金属弹簧电刷，主要依靠金属电刷片或电刷丝自己的弹力，将其压在换向器或集电环上一般只需将丝、片状金属电刷一端固定，而不需另设刷盒和刷握等，故结构和加工都比较简单，适用于尺寸小、电流小、电压低的情况。 一、石墨电刷组件一、石墨电刷组件石墨电刷常用的有三种，即天然石墨电刷（简称石墨电刷）、电化石墨电刷和金属石墨电刷。 国产常用的石墨电刷牌号和主要性能见表8-11。从表8-11着到，天然石墨电刷和电化石墨电刷电阻系数和电刷压降较大，比较耐磨，允许使用的线速度较高（可达507

3、0米秒）。金属石墨电刷电阻系数和电刷压降较小，耐磨性能较差允许使用的线速度较低，约1535米秒。这些电刷都有系列产品，其尺寸和公差都有标准。标准尺寸按t(厚）Xa（宽)Xr(高)。尺寸t、a、r的组合见表8-12。尺寸t、a、r的公差见表8-13。 电刷牌号的确定应根据电机种类、容量、电压、转速和环境条件，以及表8-11所列各项性能进行选择。2.电刷装置结构特点 石墨电刷装置按电刷在换向器或集电环上的安装方向分为：径向式、后倾式和前倾式三种，如图8-34(a)、(b),、(c)所示。 径向式电刷对单向和双向旋转的电机都适用。对要求能两个方向旋转的电机，则必须采用径向安装结构。单方向旋转的电机采

4、用径向电刷时，还可以采用上端面倾斜式，如图835。电刷对刷盒前壁有一个适当的靠紧分力，可以提高电刷工作的稳定性。 对只允许一个方向旋转的电机，如电源电机、电机扩大机及部分转速较高的直流电动机等，常采用后倾式结构，如图8-34(b)。后倾角度大约在300左右，这时电刷上的压力F在切向的分量。FtFsinFt与电刷摩擦Fm方向相反，一般取FtFm，这可使电刷与刷璧之间的滑动摩擦减轻，提高电刷与换向器滑动接触的灵活性，改新善换向性能。当FtFm时，电刷基本不与刷盒璧接触电刷在刷盒中最灵活，但电刷工作稳定性较差。 前倾式电刷在工作中被紧压在刷盒侧璧上，减振效果好，电刷工作稳定性好，有利于减小火花因压力

5、F的切向分量F.与电刷摩擦力方向相同，加重了电刷与刷盒壁之间的摩擦，故前倾角应较小，可取150左右。在较大功率的同步发电机集电环上，前倾与后倾式电刷可成对使用，形成爪式刷握结构，如图8-36。这种结构在直流力矩电机中也被采用，只是其弹黄一般采用金属片。这种结构也适用于要求两个方向旋转的情况。在常用的径向式结构中，弹簧加压方式也有不同。如图8-37(a)为蜗线弹簧，(b)为螺旋弹簧，(c）为拉簧。这三种弹簧加压方式都是使弹簧压力直接作用在电刷上。图8-37 (d)为杠杆压板式，其结构特点是弹簧压力不直接压到电刷上。直接加压的电刷装置中，随着电刷的磨损，弹簧压力将随之减小。而间接作用的电刷装置中（

6、图8-37(d)，弹簧压力在电刷上的分量可基本保持不变，因为弹簧拉力F与加在电刷上的压力F之间的关系为 FlF,l,式中l与l1分别如图8-37(d)所示。电刷磨损后，F变小而L相应有所增加，两者的综合可保持电刷压力基本不变。图8-38为蜗线弹簧电刷装置结构。(a)为径向式，(b)为后倾式。用两个专用的螺拴，由专用工具定位，把刷盒固定在塑料压制的电刷架上。蜗线弹簧可以用铍青铜或弹簧钢片制成刷盒可用黄铜、也可用铝合金精密铸造。盒式螺旋弹簧电刷装置结构如图8-39所示，（a）为径向式，（b）为倾斜式。径向式结构也可用在端面换向器上，见图1-10，这时它成为轴向式。这种电刷装置结构多用于小功率直流电

7、机，其特点是结构紧凑。它一般由铜刷盒1和拧在刷盒上的刷盖8组成，弹簧2通过刷盖8给电刷加压。刷盒材料多为黄铜。端盖与刷盒之间为塑压的绝缘衬套7。电刷引线焊在铜刷盒一端。这种结构用于小机座号直流电机。特点是结构比较简单，便于安装刷盒。剧盒可用黄铜或紫铜板冲压而成，弹簧用不锈钢丝或琴弦钢丝卷制。 图840为拉簧式电刷装置。这种结构用于小机座号直流电机。特点是结构比较简单，便于安装刷盒。剧盒可用黄铜或紫铜板冲压而成，弹簧用不锈钢丝或琴弦钢丝卷制。 3.电刷装配的主要要求(1)使电刷在换向器或集电环上的位置和尺寸有足够的精度，并使电刷与刷盒内壁间有合适的间隙。这样既保证电刷在换向器上位置正确，也使电刷

8、在刷盒内活动自如，不滞住不偏斜。为此，刷盒下边与换向器表面间距离不宜过大，如图8-41所示。一般情况下距离可取为0.82.0毫米。过大，如图8-41(6)，将使电刷偏斜。此外，刷盒也应有一定的刚度、精确的尺寸和光滑的内表面。电刷与刷盒内壁间隙一般为每边0.020.2毫米。（2）电刷工作时，弹簧加在电刷上的压力应变化较小或基本不变。这要求电刷和换向器耐磨损，单位面积电刷压力合适，通常在1.5-4.0牛顿厘米2范围以内选取，对汽车摩托车起动电机最大可达68牛顿厘米2。(3)刷盒的固定部位应有足够的刚度，以免使刷盒和刷架随电刷产生振动。(4)电刷安装后，需进行电机通电空载磨合，即电刷研磨（磨合）。可

9、以先在专用的砂轮机上预磨，经最后磨合使电刷与换向器表面之间的磨合面不少于电刷截面积的7080%。(5)电刷装置安装后，通过专用样板等量具，检验刷盒的距离、刷盒内圆至端盖中心线间的距离。并用测力计检查电刷压力并调整到要求数值。二、金属弹簧电刷 对于小型直流力矩电机、录音机电机和有滑动接胜的交流控制用微电机等，由于尺寸小，导引的电流不大，故多采用金属弹簧电刷。其中一类如图842所示，用金属石墨块或贵重金属（银及其合金等）块焊接或铆接在金属弹簧刷片上。图8-42(a)常用于自整角机、旋转变压器；(b)常用于小型力矩电机；(c)、(d)、(e)多用于小尺寸的直流伺服电机。为了减小噪声，增加弹性压力，电

10、刷片上可粘有橡胶带或硅橡胶等。另一类如图8-43、图8-44所示，只有金属丝或金属片直接压在换向器或集电环上。这些金属丝或金属片由冲制打弯成型，既是电刷又是刷架。它的主要要求是硬度较高，摩擦系数小，电噪声低。 为了保证可靠接触和耐磨，刷丝或刷片多采用耐磨、不锈蚀、接触电阻稳定的铜合金、贵重金属及其合金，还有多元合金丝或片等。常用金属电刷材料的规格和应用见表8-14。为了节省贵重金属，提高耐磨性，可在铍青铜片或丝上局部与换向器接触处）镀金。或采用银基合金（银铜、银钯等）片，或用2-3根金镍合金丝平行地焊接在薄导电片上等。金属电刷一般经冲裁与弯形等工序，在级进式冲模中进行。关键要求是尺寸精度高，无毛刺，弯形处无裂纹，表面无划痕