设计指引电机碳刷Word格式文档下载.docx

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2.碳刷尺寸優選數列

3.碳刷制造精度及與碳套的配合尺寸、碳刷倒角尺寸

4.銅辮有關參數一覽表

5.碳刷壓強

6.本廠常用碳刷有關參數一覽表

7.碳刷申購規格表

8.本公司主要碳刷供應商名單

9.圖紙格式樣張

一、概述

碳刷也叫電刷,是一種電碳制品,與電池中的碳棒、電阻器中的碳芯、碳膜等類似,是用于電機換向器上傳導電流的滑動接觸件.

電刷在工作時應能滿足以下要求:

1.在換向器表面形成適宜的由氧化銅、石墨和水分等組成的表面薄膜;

2.電刷使用壽命長,對換向器磨損要小;

3.電刷的電功率損耗和機械損耗要小;

4.電刷擬制火花能力要強;

5.噪音小.

碳刷之所以具備這些條件是由于其中的主要材料碳和石墨具備很獨特的特性所致:

如導電能力極強,接近于金屬導體;

導熱系數高,耐高溫,耐氧化;

自潤滑特性好等等.

碳分結晶碳（即石墨）和無定形碳（如焦碳、木碳、碳黑等）兩種.根據各狀態物質含量以及添加不同的其它物質,如二碳化鉬粉、熔融金屬、潤滑劑、人造樹脂等,還有制造工藝不同,常見到的電刷材質可分為如下五類:

1.電化石墨質;

2.碳-石墨質;

3.天然石墨質;

4.樹脂粘合石墨質;

5.金屬石墨質.

上述五類材質的基本特性請參閱附錄一.

電刷是電機運行系統中最重要的部件之一,是關系到一個設計優劣、品質高低的重要零件,對電機的火花、壽命、抗干擾能力等具有幾乎決定性作用.我們必須深入地了解掌握電刷技術.除了理論知識之外,碳刷的選用也是一個與實踐結合的過程,必須在實際使用中驗證,才能最終確定是否為一款最好的設計.

二、零件編號編碼規則:

本廠采用如下編號規則

BSC-XXX-XXX

三位數字,表示不同的材質特性,生產廠商.

三位數字,表示不同的外圍尺寸及應用電機系列.

表示碳刷,英文為CarbonBrush.

比如:

BSC-007應用于UD系列,BSC-002應用于UF系列.BSC-007與BSC-006雖然尺寸一樣,但尾辮結構不同,應用系列不同（後者用于DD系列）,編號亦應分開.

不同廠商不同材質或牌號,在性能極為相似,又應用于完全一樣的產品中,則可以作為同一編號不同的供應商處理.

三、圖紙格式及主要內容:

1.圖紙格式:

1.1每一個編號單獨繪制一張圖紙.

1.2圖紙上部為外觀尺寸圖,下部左側為特性表,右側為核準供應商清單.

圖紙模式見附錄八.

2.圖紙中的主要內容:

2.1外觀及機械尺寸;

2.2物理及機械特性:

2.2.1適用電機類型（直流或交流等）;

2.2.2電機工作電壓範圍;

2.2.3電阻率;

2.2.4硬度;

2.2.5抗彎強度;

2.2.6接觸壓降;

2.2.7摩擦系數;

2.2.8最大允許電流密度;

2.2.9最大允許線速度;

2.2.10比重;

2.2.11設計要求壽命.

2.3批核供應商清單:

2.3.1生產商名稱;

2.3.2批核材質.

3.圖紙更新原則:

在有下述情況發生時應及時更新圖紙:

3.1有新的供應商及其產品被CAR核準;

3.2設計要求的物理特性與實際核準的零件有差別,此時可以修改設計參數.注意當已經有一個核準供應商零件時要特別小心對比其性能;

3.3錯誤或其它.

四、名詞解釋:

碳刷Carbonbrush

電化石墨Electrographite電氣黑鉛

樹脂粘合石墨ResinCarbon樹脂結合質

天然石墨NaturalGraphite天然黑鉛質

金屬石墨MetallicCarbon金屬黑鉛質

碳-石墨CarbonGraphite

比重ApparentDensity見掛比重

電阻率Resistance比抵抗

屈服強度BendingStrength曲強

硬度Hardness硬度

摩擦系數CoefficientofFriction摩擦系數

接觸壓降ContactDrop接觸電壓降下

電流密度CurrentDensity電流密度

允許極限速度PermissiblePeripheralSpeed最大周速

五、CAR

1.CAR文檔:

CAR按BSC-XXX開設文檔,內隔按BSC-XXX-XXX分隔.

2.CAR:

每一個零件可有不同供應商及其材料送審,但同一生產商同一材質只需送審一次.

特例:

當供應商在零件不改變材質及壓制工藝的情況下,如機械尺寸,銅尾辮等等有改變亦需送CAR,但CAR審核時不需對特性、壽命進行重新復核,只需核準更改項目即可.

3.CAR檢測次序:

3.1核查生產商出貨報告或產品規格,以及樣板數量（至少20粒）;

3.2測量外圍尺寸;

3.3測量物理特性（至少應測試電阻率一項）;

3.4測量機械特性或做一些破壞性的測試;

3.5火花及EMI對比測試;

3.6壽命（至少2只以上）.

六、碳刷設計指引

碳刷多是采用在不同的生產工藝下碳的不同形態的物質添加其它一些組份,通過不同的成形方法,達到各種各種的機械物理特性.在選用材質時,目前本廠仍遵循實際試用的原則來選,一般不太明確指定材質.一般地,低壓（低于36V）電機肯定選用金屬石墨材質,其余四種材質從本質上講差別不是太大,只是在某些特性上有差別,特別是商業價格影響選材的比重較大.吸塵機類電機常習慣用天然石墨質,高電壓換向困難的電機多用阻抗系數高的樹脂粘合石墨碳刷.

在碳刷的眾多物理特性參數中,最為有用的是電流密度和電阻率.實際上電流密度又由電阻率決定,所以可以簡單說電阻率不同決定差碳刷的特性不同.

電阻率的單位一般習慣用μΩ.㎝,數值範圍極大,從幾μΩ.㎝至二三百萬μΩ.㎝都有.電機電壓越低,功率較大,即電流越大,需要碳刷的電阻率就不能太高.否則碳刷巨大的電阻會令電壓大部分壓降在碳刷上,電樞等得到的壓降很小,電機性能很低.同時碳刷因通過較大的電流亦會到自身發熱,功耗大增.例如,一只2.4V的DC電機,常用的碳刷多為含金屬85%左右,電阻率為5~10μΩ.㎝;

而一個240V的AC電機,當功率為240W（即電流1A）時可以用電阻率為50,000~10,000μΩ.㎝的碳刷.當電流為0.5A時亦可用200,000μΩ.㎝的碳刷.

本廠常用碳刷及其電阻率,應用型號等簡單列表于附錄六.

2.1尺寸符號的定義:

為方便起見,我們定義如下符號:

碳刷尺寸:

厚t×

寬a×

長r;

銅辮長:

l;

倒角:

C×

45°

;

圓弧:

R.

2.2碳刷尺寸的數列

碳刷的尺寸一般應選用優選數列,如附表2.選用優選數列的好處是容易找到現成的碳刷,而不必特別做模具,可降低產品成本,更換材料也較易.當然,根據本廠實際情況設計亦可.

2.3碳刷厚、寬、長確定的根由:

碳刷厚度與寬度所形成的截面應能承受足夠大的電流.這是決定此尺寸的根本因素,例如:

某種材料最大電流密度為8A/cm2,當我們設計一個220V1000W電機時可以計算得到電流為4.6A,此時面積S=0.58cm2.

查表2可以找到10X6.3或10X8可滿足前一要求.若此尺寸的碳刷同時應用于100V電壓（因碳套等零件一般不能起兩套模具,所以尺寸上要兼容）,此時電流有10A,面積應為1.25cm2.一般地,碳刷面積盡量選大一些,令電流密度低一點,對壽命有好處.當然,面積大對成本稍有增加.

另一個決定因素是銅頭尺寸.銅頭可切削長度減去1~2mm即為碳刷寬度.銅頭瓣數及每瓣寬度決定了碳刷厚度.一般地,針對不同銅頭直徑及瓣數有不同的設計關系,但其基本原理是避免同時短路太多的線圈繞組.例如:

24瓣銅頭,片寬3mm,碳刷厚為6.3mm時,它同時最少短路三個銅片,兩個繞組,最多短路四個銅片,三個繞組.當碳刷厚為5mm時其最多與最少短路情況均比6.3時減少一個.顯然5mm較6.3mm為優.但亦不是碳刷越窄越好.太窄的話除了影響電流密度之外,碳刷太薄,抗彎強度低,易崩爛,換向也不夠平穩.經驗告訴我們一般應大于1瓣而小于2瓣寬度.長度則簡單根據碳刷壽命和電機外圍尺寸所定.一般選標準系列即可.

2.4碳刷的制造公差

碳刷的制造一般分為模具壓制和機械切割加工兩類,尺寸精度基本可達到IT10.采用基軸制或基孔制均可.公差參考附錄三.

例如本廠V1用碳刷BSA-002-001,基本尺寸為6.3X11.3mm,其公差為-0.03/-0.1.

2.5與碳刷盒的配合

碳刷盒一般用銅片彎成或用熱固性塑料、防火塑料制成,制造精度多在IT9~IT11.

具體公差及與碳刷的推薦間隙參見附錄三.一般五金件制造精度低,可在表中推薦值的基礎上向上放大2~4C.

2.6圓弧

當銅頭半徑為R時,碳刷圓弧半徑為R+0.5,公差±

0.5較好.某些碳刷也考慮用平頭.實際運用時與有R位的碳刷差異不大.當為方便制造時可以選用平頭設計.例如因出模關系不能制作圓弧時即可選用平頭設計.

2.7倒角

倒角尺寸參見附錄三.

碳刷與導線的連接可以通過簡單的彈弓壓力接觸,此時導電流一般較小,經驗是0.5A.當電流較大時有兩個辦法連接:

1采用CORTEM技術;

2選用銅辮.

銅辮是將多股細銅絲栽種于碳刷中,可以通過較大電流.通常根據需求選用不同直徑及股數的銅線.具體參數見附錄四.

銅辮的連接方式常用栽種法（TampedConnection）,針對較大型碳刷也有窩裝法（RivetedConnection）和模壓法（MoldedConnection）.

銅辮長度的制造公差亦參閱附錄四.

銅辮的拔脫力:

一般1~2KGF足夠了.

銅線材質應為經軟化處理的純銅線,應符合JISC3103（Annealedcoilingcopperwireforelectricequipment）或JISC3102（Annealedwireforelectricalpurpose）.

碳刷的工作壓力越恆定越好.壓力大,機械磨耗高;

壓力小,電蝕損耗高;

這都不利于碳刷工作.壓力的大小實際由碳刷的材質及其推薦的壓強決定.具體的數值參見附錄五.

例如:

針對RESINCARBON,推薦壓強400g/cm2,當碳刷尺寸為5X8mm時則壓力應為:

F=400X5X8/100=160g

實際上碳刷壓力需經實驗方能確定最好數值.

5.1壓制方向

由于碳刷的基本材質是石墨,石墨晶體是一種片狀的六角形物質,沿其結合面方向結合力小,易脫落,摩擦數數小,導電率高,另兩方向則反之.

碳刷的特性會沿不同方向產生差異,即各向異性.部分用碳化石墨壓結成型的,可能是各向同性的.一般地碳刷沿電機軸向,即按碳刷寬度方向壓結對碳刷的系列特性均有好處:

如導電性能高,耐摩,壽命長等等.

有些碳刷本身又有一些外形結構,如圓弧位突台、凹槽、種有銅線等等,此時應考慮模具的出模問題,如上例,就不能在厚度方向加上凹槽結構.

5.2碳刷壽命終結時的問題

碳刷摩損完畢時要注意不能令到碳刷中的銅辮的根部撞擊到銅頭,碳刷擋板、彈弓等也不能直接觸到銅頭,總之不能令到非碳部分觸及銅頭,這樣會引來一些非安全問題,要避免.

在碳刷上的凹槽就是用來在壽命終結時限位的.