旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置及方法

1.本发明涉及旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置及方法，属于旋转导电装置检测技术领域。


背景技术：

2.滚动汇流环是一种新型旋转导电关节，具有低摩擦系数、低磨损率、低电噪声等优势，滚动汇流环是实现相对旋转机构间的电讯号和功率传输的“单点失效”装置，目前广泛应用于航天器、风电、雷达等高端装备中。
3.例如申请公布号为cn112928568a的中国发明专利申请公开的一种旋转导电装置，包括外壳、中心轴和多层滚动导电单元，每层滚动导电单元分别包括外导电环(即外圈)、内导电环(即内圈)和沿内圈周向分布的多个弹性滚环(即滚动体)，内圈和外圈同轴间隔分布，外圈的内周面上和内圈的外周面上分别设有滚道，滚动体顶压装卡在内圈和外圈的滚道内，并在内圈和外圈相对转动时与内外圈滚动配合。同时，滚动体在与内外圈弹性顶压配合时会发生变形，使得滚动体向内圈和外圈施加一定的预紧力，保证有效的导电接触。
4.类似于汇流环这类旋转导电装置还有很多，在实际生产中，由于加工误差、装配误差、储存条件等因素会不可避免地导致每个滚动体性能或多或少具有差异性，若这种差异较大就会导致旋转导电装置中其它滚动体承担更多的负担，从而会对整个系统造成损害。因此，为了保证滚动汇流环等其他旋转导电装置的合理设计和高可靠性运行，必须对旋转导电装置中单个滚动体导电能力一致性及其他性能进行测试。
5.目前，虽然采用静态的测试方法可以方便地反映出滚动体的电阻，但滚动体服役期间均为滚动运动状态，静态电接触性能不能代替动态的电接触性能。因此，设计一种滚动体导电能力一致性检测装置及检测方法，检测旋转导电装置中各个滚动体导电能力的一致性就变得很有必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置，以解决现有技术中无法检测滚动体动态的电接触性能、进而无法判断滚动体导电能力一致性的问题；本发明的目的还在于提供一种旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测方法，以解决上述问题。
7.为实现上述目的，本发明中的旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置采用如下技术方案：
8.旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置，所述检测装置包括内圈和同轴设置在内圈外部的外圈，内圈的外周面上以及外圈的内周面上设置有用于配合安装滚动体的滚道，内圈或/和外圈包括至少两个导电段和至少两个绝缘段，导电段和绝缘段沿周向交替布置；所述检测装置还包括一端与内圈或内圈上的导电段连接、另外一端与外圈或外圈上的导电段连接的检测回路，检测回路上设置有电源以及用于测量检测回路的电学性能的
测量仪表；内圈上设置有用于与旋转轴传动连接的连接结构，以使旋转轴驱动内圈转动，进而使滚动体与不同的导电段滚动接触，使检测回路导通并由测量仪表测量检测回路的电学性能。
9.上述技术方案的有益效果在于：检测装置包括内圈和外圈，且内圈和外圈上均设有滚道，可以安装待测的滚动体，模拟了滚动体的真实安装环境；内圈和外圈中的至少一个包括多个导电段和多个绝缘段，导电段和绝缘段沿周向交替布置，并且检测回路的一端与内圈或内圈上的导电段连接、另外一端与外圈或外圈上的导电段连接，同时内圈上设置有用于与旋转轴传动连接的连接结构，旋转轴可以驱动内圈转动，进而带动滚动体运动，且当滚动体运动到与导电段对应的区域时，检测回路就会导通，而运动到与绝缘段对应的区域时，检测回路是不导通的；检测回路上设置有电源以及用于测量检测回路的电学性能的测量仪表，这样每次检测回路导通时，测量仪表都可以测量检测回路的电学性能，该电学性能反映的就是滚动体动态的电接触性能，最后通过对比多个待测滚动体所对应电学性能的差异性，若某一滚动体的差异性超出允许值，则该滚动体导电能力的一致性差，进而完成滚动体导电能力一致性的测试。
10.本发明提供的检测装置模拟了滚动体的真实运行环境，通过将内圈和外圈的至少一个设置成包括多个导电段和多个绝缘段，并且连接检测回路，可以测量检测回路每次导通后的电学性能，从而获知滚动体动态的电接触性能，通过对比各滚动体所对应电学性能的差异性，判断滚动体导电能力的一致性，根据判断结果，可以剔除一致性差的滚动体，保证各服役滚动体导电能力的一致性，进而保证旋转导电装置的高可靠性运行。
11.进一步地，导电段和绝缘段为分体件并通过拼接固定形成完整的圆环。
12.上述技术方案的有益效果在于：由于导电段和绝缘段为分体件，因此可以分开制备导电段和绝缘段，然后再通过拼接固定形成完整的圆环，方便制造。
13.进一步地，绝缘段的内部为导电材料、外部整体包裹绝缘材料。
14.上述技术方案的有益效果在于：导电段和绝缘段可以选用同规格的原材料，原材料为导电材料，然后在导电材料外部整体包裹绝缘材料形成绝缘段，方便了导电段和绝缘段的制备。
15.进一步地，导电段和绝缘段在制备时，是将一个一体式的导电环切割成多段，其中一半直接形成导电段，另外一半外部整体包裹绝缘材料形成绝缘段。
16.上述技术方案的有益效果在于：先由一个导电环切割成多段，其中一半外部整体包裹绝缘材料形成绝缘段，剩余的直接形成导电段，这样在拼接时，方便形成比较圆的一个圆环，进而保证滚动体的运动特性，便于电学性能的测量。
17.进一步地，导电段和绝缘段在制备时，是在一个一体式的绝缘环外部间隔喷涂导电材料形成导电段，剩余部分形成绝缘段。
18.上述技术方案的有益效果在于：一个一体式的绝缘环不用切割，外部间隔喷涂导电材料形成导电段，剩余部分形成绝缘段，制备比较方便。
19.进一步地，内圈和外圈中的其中一个包括所述的导电段和所述的绝缘段，另外一个为整体导电的导电圈，检测回路包括多个与各导电段对应串接的支路，各支路之间并联且各支路上均设置有所述的测量仪表，所述电源仅有一个，各支路和导电圈分别连接在电源的两端。
20.上述技术方案的有益效果在于：内圈和外圈中的其中一个为整体导电的导电圈，另外一个包括导电段和绝缘段，通过检测回路中的多个支路与各导电段对应串接，同时各支路之间并联，各支路和导电圈分别连接在电源的两端，这样仅设置一个电源即可，检测回路整体结构较为简单，可降低成本且方便布置。
21.进一步地，所述检测装置包括所述的旋转轴，旋转轴为可正反转动的转轴，以使滚动体在每一个导电段上均正反旋转一个来回后再转入下一个导电段。
22.上述技术方案的有益效果在于：旋转轴可以驱动内圈正反转，进而使滚动体在每一个导电段上均正反旋转一个来回后再转入下一个导电段，这样检测的电学性能数据更加丰富准确，有利于提高导电能力一致性的判断准确性。
23.为实现上述目的，本发明中的旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测方法采用如下技术方案：
24.旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测方法，所述检测方法包括将待测滚动体装入到内圈和外圈的滚道之间，其中内圈或/和外圈包括至少两个导电段和至少两个绝缘段，且导电段和绝缘段沿周向交替布置；所述检测方法还包括在内圈或内圈的导电段上以及外圈或外圈的导电段上连接检测回路，检测回路上设置有电源以及用于测量检测回路的电学性能的测量仪表；试验时，利用内圈上的连接结构与旋转轴传动连接，使旋转轴驱动内圈转动，进而使滚动体与不同的导电段滚动接触，使检测回路导通并由测量仪表测量检测回路的电学性能，对比多个待测滚动体所对应电学性能的差异性，若某一滚动体的差异性超出允许值，则该滚动体导电能力的一致性差。
25.上述技术方案的有益效果在于：滚动体装入到内圈和外圈的滚道之间，模拟了滚动体的真实安装环境；内圈和外圈中的至少一个包括多个导电段和多个绝缘段，因此只有滚动体运动到与导电段对应的区域时，检测回路才会导通，而运动到与绝缘段对应的区域时，检测回路是不导通的；由于检测回路上设置有电源以及用于测量检测回路的电学性能的测量仪表，这样在试验过程中，旋转轴驱动内圈转动，滚动体与不同的导电段滚动接触，每次检测回路导通时，测量仪表都可以测量检测回路的电学性能，该电学性能反映的就是滚动体动态的电接触性能，最后通过对比多个待测滚动体所对应电学性能的差异性，若某一滚动体的差异性超出允许值，则该滚动体导电能力的一致性差，进而完成滚动体导电能力一致性的测试。
26.本发明提供的检测方法首先是模拟滚动体的真实运行环境，通过将内圈和外圈的至少一个设置成包括多个导电段和多个绝缘段，并且连接检测回路，可以测量检测回路每次导通后的电学性能，从而获知滚动体动态的电接触性能，通过对比各滚动体所对应电学性能的差异性，判断滚动体导电能力的一致性，根据判断结果，可以剔除一致性差的滚动体，保证各服役滚动体导电能力的一致性，进而保证旋转导电装置的高可靠性运行。
27.进一步地，通过旋转轴控制内圈正反转，以使滚动体在每一个导电段上均正反旋转一个来回，然后再转入下一个导电段。
28.上述技术方案的有益效果在于：检测的电学性能数据更加丰富准确，有利于提高导电能力一致性的判断准确性。
29.进一步地，计算每个滚动体与所有导电段接触时测量仪表所测电学性能的平均值，以平均性能的差异性判断滚动体导电能力的一致性。
30.上述技术方案的有益效果在于：通过均值计算，利用平均性能的差异性判断滚动体导电能力的一致性，可以减小由于滚道导电区域导电能力不一致、线路导电性不一致产生的误差，提高判断准确性。
附图说明
31.图1为本发明检测装置的俯视原理图；
32.图2为本发明检测装置的主视原理图；
33.图中：1、第一导电段；2、第二导电段；3、第三导电段；4、第四导电段；5、第五导电段；6、内圈；7、绝缘段；8、电源；9、水银滑环；11、第一滚动体；12、第二滚动体；13、第三滚动体；14、第四滚动体；15、第五滚动体；21、第一支路；22、第二支路；23、第三支路；24、第四支路；25、第五支路；31、第一电流表；32、第二电流表；33、第三电流表；34、第四电流表；35、第五电流表。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
38.本发明旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测装置(以下简称检测装置)的一个实施例为：
39.如图1和图2所示，检测装置包括内圈6和同轴设置在内圈6外部的外圈，内圈6和外圈之间形成用于安装滚动体的环形空间，本实施例中共有五个待测滚动体，分别是第一滚动体11、第二滚动体12、第三滚动体13、第四滚动体14以及第五滚动体15，各滚动体之间无碰触。并且与现有技术类似，内圈6的外周面上以及外圈的内周面上设置有用于配合安装滚动体的滚道，也即滚动体与内外滚道接触，且滚道为v形滚道，开口均朝向环形空间。
40.进一步地，内圈6为整体导电的导电圈，外圈包括至少两个导电段和至少两个绝缘段7。与滚动体的个数对应，本实施例中的绝缘段7有五个，导电段也有五个，分别是第一导电段1、第二导电段2、第三导电段3、第四导电段4以及第五导电段5，各导电段和各绝缘段7
沿周向交替布置。
41.在本实施例中，各导电段和各绝缘段7为分体件并通过拼接固定形成完整的圆环，固定方式可以是焊接或粘接，具体在制备导电段和绝缘段7时，是将一个一体式的导电环切割成多段，本实施例中为十段，其中一半直接形成导电段，另外一半外部整体包裹绝缘材料形成绝缘段7，因此绝缘段7的内部为导电材料、外部包裹绝缘材料，具体实现方式可以是粘贴或缠绕固定绝缘胶带，也可以是喷涂绝缘漆。
42.检测装置还包括一端与内圈6连接、另外一端与外圈上的导电段连接的检测回路，检测回路上设置有电源8以及用于测量检测回路的电学性能的测量仪表。具体在本实施例中，检测回路包括多个与各导电段对应串接的支路，因此支路共有五个，分别是与第一导电段1串接的第一支路21、与第二导电段2串接的第二支路22、与第三导电段3串接的第三支路23、与第四导电段4串接的第四支路24以及与第五导电段5串接的第五支路25，五个支路之间并联，上述电源8仅有一个，各支路和导电圈(即内圈6)分别连接在电源8的两端。且各支路上均设有测量仪表，如第一支路21上设有第一电流表31、第二支路22上设有第二电流表32、第三支路23上设有第三电流表33、第四支路24上设有第四电流表34、第五支路25上设有第五电流表35。
43.此外，检测装置还包括旋转轴(图中未示出)，内圈6上设置有用于与旋转轴传动连接的连接结构，连接结构可以是内壁上的键槽或者凸起，与旋转轴止转配合，以使旋转轴驱动内圈6转动，进而使滚动体与不同的导电段滚动接触，使检测回路导通并由测量仪表测量检测回路的电学性能。并且，旋转轴为可正反转动的转轴，以使滚动体在每一个导电段上均正反旋转一个来回后再转入下一个导电段。当然，为了方便使检测回路导通，电源8正极引出的导线通过水银滑环9与内圈6连接。
44.本发明中旋转导电装置中滚动体导电能力一致性检测方法(以下简称检测方法)的实施例为：
45.检测方法的实施例也即上述检测装置的使用方法，检测装置在使用时，首先测量内圈6、各导电段自身的电阻值，减少系统误差。如图1和图2所示，将待测滚动体装入到内圈6和外圈的滚道之间，内圈6和外圈之间可以设置保持架(参考专利文献cn112928568a)对滚动体进行固定以保持其平稳往复滚动。在内圈6上以及外圈的导电段上连接检测回路，检测回路包括一个电源8、上述五个支路以及设置在各支路上的电流表。
46.试验时，利用内圈6上的连接结构与旋转轴传动连接，使旋转轴驱动内圈6正反转，进而使每个滚动体首先在对应的导电区域进行正反转，如图1所示，即第一滚动体11处于第一导电段1所在导电区间，第二滚动体12处于第二导电段2所在导电区间，以此类推。按照每个电流表所显示的读数记录下电流值，再根据恒压源提供的总电压u可计算出对应电阻r
11-1
、r
12-2
……
。测量完毕后将所有滚动体按照顺时针旋转至下一个导电区间，使第一滚动体11处于第二导电段2所在导电区间，第二滚动体12处于第三导电段3所在导电区间，以此类推，再次进行正反转并记录试验过程中的电流值，计算出对应电阻r
11-2
、r
12-3
……
，之后重复这一过程直至每个滚动体均在所有导电区域进行过一次试验，即可计算出每个滚动体平均电阻值：rn＝(r
1n-1
r
1n-2
r
1n-3
r
1n-4
r
1n-5
)/5，将所记录的数据进行均值计算，可以减小由于滚道导电区域导电能力不一致、线路导电性不一致产生的误差。
47.所得平均值rn包括滚动体平均接触电阻和平均线路电阻(导线、外圈导电段、内
圈、水银滑环)，平均线路电阻为恒定值。对比多个待测滚动体所对应电阻平均值的差异性，若某一滚动体的差异性超出允许值，可认为是该滚动体导电能力不一致导致的，也即该滚动体导电能力的一致性差。
48.综上所述，本发明提供的检测装置和检测方法模拟了滚动体的真实运行环境，通过将内圈和外圈的至少一个设置成包括多个导电段和多个绝缘段，并且连接检测回路，可以测量检测回路每次导通后的电学性能，从而获知滚动体动态的电接触性能，通过对比各滚动体所对应电学性能的差异性，判断滚动体导电能力的一致性，根据判断结果，可以剔除一致性差的滚动体，保证各服役滚动体导电能力的一致性，进而保证旋转导电装置的高可靠性运行。
49.在检测方法和检测装置的其他实施例中：测量仪表可以不是电流表，而是万用表或欧姆表，可以测量电阻，也即所测量的检测回路的电学性能是电阻。
50.在检测方法和检测装置的其他实施例中：所测量电学性能可以不求平均值，测量数据直接全部拿来做对比。
51.在检测方法和检测装置的其他实施例中：当旋转轴可以正反转时，可以不是带动滚动体在每一个导电段上正反旋转一个来回再转入下一个导电段，而是带着滚动体先按照一个方向转一整圈，然后再反向转一整圈；当然，旋转轴也可以无法正反转，只能朝一个方向转动，此时滚动体在每一个导电段上也朝着一个方向运动。
52.在检测方法和检测装置的其他实施例中：可以将内圈设置成包括至少两个导电段和至少两个绝缘段，同样导电段和绝缘段沿周向交替布置，而外圈是一个整体导电的导电圈，此时检测回路仍然是包括多个支路的，各支路之间并联且各支路上均设置有测量仪表，而电源也是只有一个，各支路和外圈分别连接在电源的两端。
53.在检测方法和检测装置的其他实施例中：当然，还可以将内圈和外圈均设置成包括至少两个导电段和至少两个绝缘段，同样导电段和绝缘段沿周向交替布置，此时滚动体运动到与内圈导电段和外圈导电段均接触时，检测回路才导通，并且此时检测回路有多个，多个回路之间彼此独立，各回路上均设置有电源和测量仪表，各回路一端与内圈导电段连接，另外一端与外圈导电段连接。
54.在检测方法和检测装置的其他实施例中：导电段和绝缘段在制备时，是在一个一体式的绝缘环外部间隔喷涂导电材料形成导电段，剩余部分形成绝缘段。
55.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。