摘要：市面上的帽式滑环大多都不能达到高速运转的效果，亦或是能实现高速旋转但是使用寿命又不太理想，深圳市比尔德滑环生产厂家的工程师团队，就高速滑环设计生产进行了严谨的计划并实现了这一突破！这一突破不仅实现了帽式滑环的高速运转，也为滑环产品的研发与创新增加了可能性！

关键词：高速帽式滑环 滑环铜环 滑环电刷线 摩擦系数

一、设计目标

实现高速运转达10000rp, 即总寿命达到3×109R

二、设计分析

1. 现状：转速300rpm；寿命 1*108R 

2. 瓶颈：由于触点磨损, 转速可以达到但总寿命达不到

三、设计方案

主要从铜环和刷线两个方面进行改善，铜环整体采用银铜合金，工作面抛光成镜面，外径缩小至Ф3mm; 刷线减小刚性，采用Ф0.1 mm银铜刷线，并减小接触变形量。

1. 设计突破

减少磨损从降低线速度，减小摩擦力，提高制造精度三个方面着手改善。

1.1. 降低线速度

降低线速度即降低圆周速度，在转速固定的情况下减小直径。就目前标准BTC022-06帽式滑环的铜环直径为6mm，改进后铜环直径变为3mm, 同等转速下线速度变为1/2。所以，现状Ф6mm 300rpm, 圆周线速度为0.3912km/h。新方案Ф3mm 10000rpm圆周线速度为5.652km/h。

1.2. 减小摩擦力，降低磨损

由于滑/滚动接触问题的复杂性，在理论研究中，根据摩擦定律f=µNS, 式中， f为摩擦力，N为法向载荷，µ为常数摩擦系数，。减小摩擦力，降低磨损 摩擦力 ，就从滑/滚动摩擦系数µ和接触压力N两方面改善。重点改善铜环和刷线！

1.2.1. 降低滑动摩擦系数µ

随着有关摩擦知识的积累，人们很早就明白对于一定的材料，摩擦系数的大小取决于许多因素，如表面粗糙度、表面尺寸和形状，表面膜的状态，相对滑动速度等。

1. µ&ν

前苏联的И . В . Крагeлъский 在对种材料在滑动速度变化范围为0.000 4～25m/s和压力变化范围为0.08～170kPa时做了详尽的试验研究后，得到了结论: 摩擦系数随速度的增大而不断减小。 具体到滑环，现状Ф6mm 300rpm, 圆周线速度为0.3912km/h。高速滑环Ф3mm 10000rpm圆周线速度为5.652km/h。而转速提高后，速度增加，µ减小，查机械设计手册参照钢对钢的摩擦（ν1=0.3912接近启动速度, µ1=0.242, 10000rpm时，ν2=5.652km/h µ2=0.088）。µ2 = µ1*（11/30）

2. µ&Ra

（1）摩擦系数μ0时为完全光滑面，μ∞时为完全粗糙面，故摩擦系数的范围为0<μ<∞。

（2）静摩擦系数<动摩擦系数<滚动摩擦系数。

（3）摩擦系数与接触面粗糙度，材料种类有關。摩擦系数和表面粗糙度关系如下图示意

滑环改进: 铜环工作面改为镜面，同时由铜电镀改为银铜材质，取消电镀过程的镜面腐蚀。目前镜面抛光机器处理后镜面Ra<0.01µm, 现状Ra≤0.8µm摩擦系数与Ra的平方根成正比，降为1/9。根据实际情况，考虑成型和组装时轻微划伤，保守估计可以达到1/5。综上两项µ2=µ1*（11/150）

1.3. 减小摩擦力，降低磨损总结

综合两项，铜环改为银铜合金，工作面抛光成镜面，刷线改为Ф0.10mm ，根据摩擦计算公式 f=µNS，µ2=µ1*（11/150），N2=N1/8，ƒ2= ƒ1 *（11／150）*（1／8）， ƒ2 ＝ ƒ1 *（11／1200）。

1.4. 设计方案总结

2. 实际工作条件考量

2.1.温度影响

转速提升到10000rpm后，线速度升高，温度升高，磨损加快。基本上滑动与滚动动摩擦系数随温度影响高分子材料在1.0~1.5: 金属材料在1.0~1.1之间。安全起见，取1.1。

2.2. 提高精度

1. 工艺改进

提高精度，保证理论设计的现实性由于刷线变柔软，目前装配容易破坏刷线，同时软刷线无法象手工修正，故采用模具直接成型，保证精度达到0.02mm 

 2. 材质改善 

为尽量减少环境变化对零部件产生影响，外壳与帽套采用PC/ABS，尾套采用SUS304，同时轴承均采用密封式轴承，确保其使用寿命（目前多采用PA或ABS,前者吸湿性强后者不耐高温）。

3. 成本分析

各方面性能提升后， 材质与加工要求均提高，成本上升, 主要零件差异如下图，对比分析如附表

合计一个滑环增加成本： RMB/Set

四、设 计 总 结

综合理论与实际，同样转速下磨损变为（1／106.67）*1.1=（1／96.97）。等同于转速可以达到300*96.97=29091rpm。同时考虑到滑环不同的工作环境的影响，取安全系数为2，则转速可以达到 14545.5rpm。满足10000rpm的要求，即总寿命达到3×109R，成本增加 ****RMB/set。 

深圳市比尔德科技滑环定制生产厂家，一直在突破滑环产品的设计生产技术，不仅有高速帽式滑环设计的突破，更有其他性能方面的设计突破，如防水、防烟雾、耐高温、防震抗震等，如需更多性能滑环定制，欢迎咨询比尔德工作人员18129863629！