Клизни прстенови жичане четке за чист пренос сигнала

Клизни прстенови жичане четке преносе снагу, сигнале и у многим случајевима податке преко интерфејса који се непрекидно ротира. Они се бирају када је ротирајућем систему потребан стабилан контакт у компактном паковању, без угљеничне прашине коју стварају традиционални дизајни угљеничних четкица. Они, међутим, нису подразумевана надоградња. За тежак-пренос струје, абразивна окружења или специјализоване РФ линије, други дизајн контакта ће често бити прикладнији.

Овај водич је написан из инжењерске перспективе примене клизних прстенова. Објашњава како функционише контакт са жичаном четком, где зарађује своје место, како се упоређује са клизним прстеновима за карбонске четке по димензијама које купци заправо теже, и које информације су потребне вашем добављачу пре него што цитирају. Радни пример са реалистичним параметрима је укључен на крају, заједно са честим питањима за питања која се најчешће појављују током одабира.

Шта је клизни прстен жичане четке?

Клизни прстен жичане четке је електромеханички склоп који одржава електричну везу између стационарне структуре и ротирајуће компоненте. Функцију деле свиелектрични клизни прстен; разлика је у контакту.

Уместо једног карбонског блока притиснутог на сваки проводни прстен, дизајн жичане четке користи сноп финих, еластичних проводљивих жица. Свака жица је сопствена контактна тачка, а неколико жица се истовремено креће на истом прстену. Овај контакт са више- тачака је извор већине електричног и механичког понашања дизајна: мања варијација отпора контакта, нижи електрични шум на сигналним линијама и профил хабања који не избацује проводну угљеничну прашину у околни механизам.

Контакт жичане четке се у техничкој литератури понекад назива влакнаста четкица или више-контакт четкице са више влакана, посебно када се користе веома фине жице од легуре племенитих{1}}метала за сигнална кола ниског{2}}нивоа.

Како контакт жичане четке заправо функционише

Клизни прстен има стационарно кућиште (статор) и ротирајућу осовину или чахуру (ротор). Проводни прстенови седе на ротирајућој страни. Блокови четкице се налазе на стационарној страни, сваки држи сноп жице који притиска један прстен. Како се ротор окреће, струја или сигнал пролази кроз жице четкице, у прстен, а из ротора води до свега што је монтирано на ротирајућој опреми.

Три детаља су важнија него што већина каталога признаје:

• Број ефективних контаката.Један карбонски блок може имати једну главну контактну површину. Сноп жице може имати десет до неколико десетина независних микро-контаката на истом прстену. Ако се неколико тренутно подиже вибрацијом или контаминацијом, други и даље проводе. То је оно што чини контакт жичане четке привлачним за сензоре, енкодере и нисконапонске дигиталне водове{4}}.
• Контактни притисак по жици.Свака жица је лагана. Укупна нормална сила је ниска у поређењу са карбонском четком, која смањује момент трења и топлоту на контактној површини. Замена{2}}је у томе што ниједна појединачна жица не може да прође јаку струју; струјним колима - управљају паралелни прстенови или шире групе четкица.
• Упаривање материјала.Жице са четкицом су обично легуре племенитих-метала (на бази сребра- или злата-) за сигнална кола, док површине прстена користе комплементарне облоге. Упаривање контролише стабилност контактног отпора током радног века, и то је највећи фактор у томе да ли клизни прстен и даље испуњава спецификације након милион обртаја.

Контакт жичане четке се и даље носи. Замена није „без хабања“ наспрам „угљеничког трошења“ -, већ фино метално хабање које остаје унутар кућишта насупрот честицама угљеника које могу да побегну у околне механизме.
 

Где клизни прстенови жичане четке зарађују своје место

Дизајн жичане четке се обично наводи када је тачно најмање једно од следећег:

• Систем преноси ниско{0}}напонске сигнале, повратне информације енкодера или линије података који не могу да толеришу ниво буке истрошене угљене четке.
• Околина је осетљива на честице (оптички системи, медицинско снимање, руковање полупроводницима, чисте собе).
• Вертикални или радијални простор је скучен и кратка висина снопа је важнија од максималног капацитета струје.
• Приступ одржавању је лош - јединица мора да ради десетине хиљада сати пре било какве сервисне интервенције.
• Електрична кола и сигнална кола морају делити једно компактно кућиште.

Дизајн се лоше уклапа када су доминантни захтеви стотине ампера по колу, када је окружење јако абразивно или хемијски корозивно, или када је специјализовано решење као што јеоптички клизни прстенили РФ ротациони спој је потребан за везу за пренос података.

Жичана четка против клизних прстенова карбонске четке

Оба стила контакта функционишу. Питање је који од њих одговара електричним, механичким и сервисним ограничењима апликације. Традиционалниклизни прстен угљене четкеостаје прави одговор у многим тешким-апликацијама са ротирајућим напајањем; жичана четка побеђује на различитим теренима.

Инжењерска напомена: када апликација комбинује малу количину јаке{0}}струјне снаге са много нисконапонских-напонских сигналних линија, практична одлука је обично жичана четка -, а ретко коло велике-струјне струје се управља паралелним прстеновима, а не технологијом преклопних контаката.

Уобичајене апликације, са електричним детаљима који су важни

Генеричке категорије апликација је лако навести. Оно што следи је корисније: типична мешавина кола која су потребна сваком уређају и оно што има тенденцију да покреће спецификацију.

Индустријска аутоматизација: таблице за индексирање, ротирајућа пунила, торне за означавање

Ротациони сто за индексирање или купола за означавање у линији за паковање обично захтева 24 В ДЦ контролно напајање, неколико дигиталних И/О линија, један или два канала кодера, а понекад и везу са сабирницом поља. Контакт жичане четке одговара сигналној страни; радни циклус је висок (више смена дневно) и периоди одржавања су кратки. Компактанкроз{0}}клизни прстен са рупомса контактним сетом жичане четке је уобичајена конфигурација јер централни отвор омогућава пролаз пнеуматским или механичким вратилима.

Платформе за надзор, ЕО/ИР и пан{0}}нагибне камере

Континуирано ротирајуће платформе камере преносе једносмерну струју, погонске линије мотора, контролне сигнале и видео или Етхернет везу. Интегритет сигнала доминира спецификацијом: сваки контактни шум се појављује као артефакти слике или губитак пакета. Одлука је ретко „који тип четке“ - је „која стратегија заштите и одвајање канала су потребни“.

Роботика, РОВ, УАВ кардани и ротирајући крајњи ефекти

Компактни дизајни са малим{0}}моментом су овде најважнији. Роботски зглоб који носи ЕОАТ не може себи приуштити тежак клизни прстен. Мали обртни момент контакта жичане четке и мали омотач су одлучујући фактори, заједно са мешавиномУСБ или Етхернет сигнални канализа носивост.

Опрема за испитивање и мерење

Ротирајући уређаји за испитивање, инструментирани динамометри и уређаји за испитивање аутомобилских компоненти носе аналогне сигнале ниског{0}}нивоа, улазе за термопарове, а понекад и велике{1}}брзине дигиталне линије. Контактна бука је непријатељ. Упаривање материјала и заштита унутар клизног прстена су важнији од самог фактора облика четке.

Радари за надзор, антене и ротирајуће комуникационе платформе

Позиционери антене често комбинују снагу и сигнал у једном ротирајућем зглобу, понекад заједно са наменским РФ ротационим спојем за путању високе{0}}е. Контакт жичане четкице чисти сигнале ниже-фреквенције и једносмерну струју.

Како одредити клизни прстен жичане четке

Најбржи начин до исправне понуде је да дефинишете апликацију у шест димензија пре него што контактирате произвођача. Прескакање било ког од њих је најчешћи узрок редизајна након првог прототипа.

1. Наведите свако коло посебно

Не дајте добављачу само један број као што је „10 кола“. Наведите ставке:

• Функција кола (снага мотора, контрола, енкодер А/Б/З, етернет пар, видео, итд.)
• Континуирана тренутна оцена ивршна/улетна струја- број налета је оно што одређује величину контаката на водовима мотора и соленоида
• Напон, АЦ или ДЦ, и потребна изолација
• Да ли је вод заштићен и да ли се екран мора окретати са каблом или се завршава на кућишту

Ако су континуиране и вршне струје помешане, резултујући дизајн ће се или загрејати или ће бити преко{0}}наведен по већој цени него што је потребно.

2. Прецизно дефинишите типове сигнала и података

„Треба да носи сигнале“ није спецификација. Идентификујте протокол, брзину и електрични стандард за сваку линију. Уобичајени случајеви укључују аналогне 0–10 В или 4–20 мА сензорске излазе, РС-485 или ЦАН магистралу, Профинет, ЕтхерЦАТ, 100Басе-ТКС, 1000Басе-Т, видео (ХД-СДИ, аналогни композитни, ГигЕ Висион) или РФ.

Етернет посебно није јединствена спецификација. Клизни прстен дизајниран за 100 Мбпс Фаст Етхернет неће нужно проћиГигабит Етхернетна ротирајућој контактној путањи без унутрашње контроле импедансе, контролисаног преслушавања између парова и одговарајуће заштите. Захтеви за пренос су дефинисани уИЕЕЕ 802.3 стандард, а клизни прстен који није окарактерисан у складу са овим захтевима не може се претпоставити да подржава везу.

Инжењерска напомена: усмерите Етхернет парове даље од кола мотора и соленоида кад год то дозвољава распоред канала. Тамо где је мешање неизбежно, стратегија заштите постаје критичан избор дизајна - погледајте овај практични прегледзаштитна решења за пренос сигнала клизним прстеном.

3. Потврдите брзину и радни циклус

Клизни прстенови су типично оцењени за континуирани број обртаја, али радни циклус одређује животни век. Машина која се непрекидно окреће 20 о/мин, 24/7, акумулира више обртаја за годину дана од система од 300 о/мин који ради сат времена дневно. Обезбедите:

• Максимални и типични број обртаја
• Континуирани или повремени рад
• Смер (једно- или двосмерни)
• Очекивани укупни радни сати или укупни број обртаја до краја радног века

4. Одредите механичку коверту

Наведите свако механичко ограничење које клизни прстен мора да поштује: спољни пречник, укупну висину, потребна за-величину отвора ако постоји, интерфејс за монтажу, смер и дужину излаза кабла, жељене опције конектора и дозвољени обртни момент на ротору. Ако је вертикални простор тесан, апрстен за палачинкеса контактом жичане четке може боље одговарати од наслаганог цилиндричног дизајна.

5. Опишите животну средину

Опсег радне температуре, влажност, прашина, испирање, вибрације, удари, надморска висина и корозивна атмосфера утичу на избор материјала, заптивање и упаривање контаката. Потребна заштита од уласка треба да буде наведена као ИП код дефинисан подИЕЦ 60529; за контекст о томе шта свака цифра значи у пракси, погледајте овотумачење ИП оцена клизног прстена.

6. Одлучите се између стандардног и прилагођеног раније

Стандардни каталошки модел је бржи за испоруку и јефтинији. Априлагођени клизни прстенје оправдано када се механички омотач, мешавина кола или окружење не могу опслуживати стандардним делом -, што је често случај за компактне, комбиноване снаге-и-сигнала. Замена{4}}е је детаљније обрађена у овом чланку остандардни вс прилагођени клизни прстенови.

Листа за проверу избора

Пре него што издате РФК, потврдите да можете да одговорите на сваку ставку на овој листи:

• Број кола, рашчлањен по функцији
• За свако коло: континуирана струја, вршна/улетна струја, напон, АЦ или ДЦ
• Протоколи и брзине сигнала (тип енкодера, сабирница поља, Етхернет брзина, видео стандард, РФ фреквенција)
• Захтеви за заштиту и уземљење по колу
• Максимални број обртаја, типични број обртаја, радни циклус, смер
• Циљани радни век у сатима или обртајима
• Спољни пречник, укупна дужина, -величина отвора, стил монтаже
• Смер излаза кабла, дужина кабла, тип конектора
• Опсег радне температуре
• Захтевана ИП оцена према ИЕЦ 60529, плус свако испирање или излагање хемикалијама
• Вибрације и ударно окружење
• Захтеви усклађености (УЛ, ЦЕ, војни, медицински, итд.)

Радни пример: ротирајућа платформа за инспекцију са напајањем и Гигабит Етхернет
 

Параметри у наставку су илустративни - и одражавају конфигурацију коју често видимо, а не било који пројекат појединачног клијента.

• апликација:Континуирано ротирајућа купола за оптичку инспекцију, затворена чиста соба{0}}суседна област
• Носивост ротора:Индустријска камера, прстенасто светло, контролна табла, сензор температуре околине
• кола:2 × 5 А континуирано ДЦ напајање (24 В), 1 × Гигабит Етхернет (4 упредена пара), 2 × дигитални И/О, 1 × улаз за термопар
• РПМ:60 РПМ континуирано, двосмерно
• Радни циклус:22 сата дневно, 6 дана у недељи
• Механички омотач:50 мм доступна висина наслага, 25 мм кроз-отвор за пнеуматски вод
• Окружење:15–30 степени, ниска прашина, без прања, довољно ИП54
• Циљни век трајања:Најмање 8.000 сати пре било какве сервисне интервенције

Конфигурација која се уклапа је клизни прстен са жичаном четком са пролазним отвором{0}} са Етернет паровима који су усмерени на наменске, интерно заштићене канале одвојене од прстенова за напајање од 24 В. Линија термоелемента је груписана са сигналима ниског-нивоа на супротној страни кућишта од прстенова напајања. Материјал четкице је племенита-легура на страни сигнала и теже-упаривање на два струјна прстена.

Оно што овај пример илуструје није да контакт жичане четке уопштено „подржава Етхернет“ -, већ да се мора конструисати специфичан распоред канала, план заштите и упаривање материјала да би веза радила преко контакта који се непрекидно ротира.

Уобичајене грешке у спецификацијама

• Третирање броја кола као јединог броја.Два клизна прстена са 12 кола могу имати потпуно различите животе ако је један димензионисан за ударну струју, а други није.
• Одређивање "Етхернет" без брзине.100Басе-ТКС и 1000Басе-Т имају различите захтеве за контролу импедансе и преслушавања унутар клизног прстена.
• Потцењивање окружења.Део који је радио у прототипу на радној површини може да поквари месецима када се инсталира у близини расхладне магле или у спољашњем кућишту са дневним циклусима кондензације.
• Под претпоставком да ће се стандардни модел монтирати.Смер излаза кабла, тип конектора и омотач обртног момента често искључују очигледно подударање каталога.
• Подразумевано је жичана четка за јаку{0}}струјну снагу.Једноструко коло-за тешке услове рада на стотине ампера је у већини случајева још увек територија угљених четкица.