滚动集电环是一种新型集电环,利用滚动电接触摩擦副代替传统的滑动电接触摩擦副,以传递电流和信号,具有寿命长、免维护和性能可靠等优点。目前滚动集电环的制造成本较高,极大的限制了其工程应用与推广。因此,在国内外研究基础上,设计一种低成本、安装简便、性能优良的新型滚动集电环是十分必要的。本文首先介绍了新型滚动集电环的整体结构及工作原理,对各个零部件的设计作了详细阐述,包括其制作材料、结构、作用等。由于滚动集电环的长寿命和低接触电阻的性能优点取决于弯曲应力和电接触状态,因此构建了相应的弯曲应力和Hertz接触的理论力学模型。根据材料力学,推导出柔性外环和悬臂支撑的弯曲应力公式,并得到了柔性外环的最大弯曲应力与滚轮数量的关系;通过Hertz接触理论,得到滚动集电环接触区域的接触应力和接触面积公式。并利用ANSYS有限元软件对滚动集电环的弯曲变形和Hertz接触模型进行仿真验证,结果表明有限元仿真结果与理论计算结果相差很小,验证了滚动集电环理论模型的正确性。在滚动集电环的弯曲应力和Hertz接触模型的基础上,结合疲劳力学和电接触理论,构建了滚动集电环的疲劳寿命和接触电阻的计算模型。根据样机设计实例进行计算,得到其理论疲劳寿命和接触电阻。通过分析理论计算模型,得到材料性能、弯曲应力、零件尺寸、滚轮数量与滚动集电环疲劳寿命和接触电阻之间的关系,总结出新型滚动集电环的性能参数设计流程。按照设计实例制造滚动集电环样机,在特制的滚动集电环试验台上开展跑和测试,研究滚动集电环的接触电阻随时间的变化规律,通过对比试验前后滚动集电环接触部件的表面微观形貌,根据其磨损情况来分析其主要磨损机理,以此评估滚动集电环的使用寿命。本文为滚动集电环的设计提供了一种新的思路,其疲劳寿命、接触电阻的分析计算具有一定的借鉴意义。