Drsni obroči z žično krtačo prenašajo moč, signale in v mnogih primerih podatke prek neprekinjeno vrtljivega vmesnika. Izberejo jih, ko rotacijski sistem potrebuje stabilen stik v kompaktnem ohišju, brez ogljikovega prahu, ki ga ustvarjajo tradicionalne zasnove ogljikovih ščetk. Niso pa privzeta nadgradnja. Za težke-prenose toka, abrazivna okolja ali specializirane RF-vode bo pogosto bolj primerna druga oblika kontakta.
Ta priročnik je napisan z vidika inženiringa uporabe drsnih obročev. Pojasnjuje, kako deluje kontakt z žično krtačo, kje si zasluži svoje mesto, kakšna je primerjava z drsnimi obroči z ogljikovo krtačo glede na dimenzije, ki jih kupci dejansko tehtajo, in katere informacije potrebuje vaš dobavitelj pred ponudbo. Delan primer z realističnimi parametri je vključen na koncu, skupaj s pogostimi vprašanji za vprašanja, ki se najpogosteje pojavljajo med izbiro.
Kaj je drsni obroč z žično krtačo?
Drsni obroč z žično krtačo je elektromehanski sklop, ki vzdržuje električno povezavo med stacionarno strukturo in vrtečo se komponento. Funkcijo si delijo vsielektrični drsni obroč; razlika je v kontaktu.
Namesto enega ogljikovega bloka, pritisnjenega na vsak prevodni obroč, zasnova žične krtače uporablja snop finih, vzmetnih prevodnih žic. Vsaka žica je zasebna kontaktna točka, na istem obroču pa teče več žic hkrati. Ta več-točkovni stik je vir večine električnega in mehanskega obnašanja zasnove: manjša variacija kontaktnega upora, manjši električni šum na signalnih linijah in profil obrabe, ki ne oddaja prevodnega ogljikovega prahu v okoliški mehanizem.
Stik z žično ščetko se v tehnični literaturi včasih imenuje vlaknena ščetka ali stik z več-vlakneno ščetko, še posebej, če se za nizko{2}}signalna vezja uporabljajo zelo fine žice iz plemenitih-kovinskih zlitin.
Kako kontakt z žično krtačo dejansko deluje
Drsni obroč ima stacionarno ohišje (stator) in vrtljivo gred ali tulec (rotor). Prevodni obroči se nahajajo na vrtljivi strani. Bloki ščetk sedijo na mirujoči strani, vsak drži snop žice, ki pritiska na en obroč. Ko se rotor vrti, gre tok ali signal skozi žice ščetk v obroč, ven pa rotor vodi do vsega, kar je nameščeno na vrteči se opremi.
Tri podrobnosti so pomembnejše, kot priznava večina katalogov:
- Število učinkovitih stikov.Posamezen ogljikov blok ima lahko eno glavno kontaktno liso. Snop žic ima lahko od deset do več deset neodvisnih mikro-kontaktov na istem obroču. Če jih nekaj trenutno dvigne zaradi vibracij ali kontaminacije, drugi še vedno prevajajo. Zaradi tega je stik z žično krtačo privlačen za senzorje, kodirnike in nizko{4}}napetostne digitalne linije.
- Kontaktni tlak na žico.Vsaka žica je lahka. Skupna normalna sila je nizka v primerjavi z ogljikovimi ščetkami, kar zmanjša torni moment in toploto na kontaktni površini. Kompromis-je v tem, da nobena posamezna žica ne more prenesti močnega toka; visoko{3}}tokovna vezja upravljajo vzporedni obroči ali širše skupine ščetk.
- Parjenje materiala.Krtačne žice so običajno plemenite-kovinske zlitine (na osnovi srebra- ali-zlata) za signalna vezja, medtem ko so na površinah obročev uporabljene komplementarne prevleke. Seznanjanje nadzoruje stabilnost kontaktnega upora v življenjski dobi in je največji dejavnik pri tem, ali drsni obroč še vedno izpolnjuje specifikacije po milijonih vrtljajev.
Kontakt z žično krtačo se še vedno obrablja. Trgovina ni "brez obrabe" v primerjavi z "ogljikovo obrabo" - gre za fino kovinsko obrabo, ki ostane v ohišju, v primerjavi z ogljikovimi delci, ki lahko uidejo v okoliške mehanizme.
Kjer si drsni obročki z žično krtačo zaslužijo svoje mesto
Zasnove žičnih ščetk so običajno navedene, ko je res vsaj eno od naslednjega:
- Sistem prenaša nizko-napetostne signale, povratne informacije kodirnika ali podatkovne linije, ki ne prenesejo hrupa obrabljene ogljikove ščetke.
- Okolje v okolici je občutljivo na delce (optični sistemi, medicinsko slikanje, ravnanje s polprevodniki, čisti prostori).
- Navpični ali radialni prostor je tesen in kratka višina sklada je pomembnejša od največje trenutne zmogljivosti.
- Dostop za vzdrževanje je slab - enota mora delovati več deset tisoč ur pred servisnim posegom.
- Močnostni in signalni tokokrogi morajo imeti eno samo kompaktno ohišje.
Zasnova se slabo prilega, če je prevladujoča zahteva na stotine amperov na tokokrog, ko je okolje močno abrazivno ali kemično jedko ali ko je specializirana rešitev, kot jedrsni obroč iz optičnih vlakenali RF rotacijski spoj je potreben za podatkovno povezavo.
Žična krtača proti drsnim obročkom karbonske krtače
Oba stila stika delujeta. Vprašanje je, kateri ustreza električnim, mehanskim in servisnim omejitvam aplikacije. Tradicionalnodrsni obroč karbonske ščetkeostaja pravi odgovor v mnogih-težkih aplikacijah rotirajočega napajanja; žična krtača zmaga na različnih terenih.
| Dimenzija | Drsni obroč z žično krtačo | Drsni obroč s karbonsko krtačo |
|---|---|---|
| Običajni tok na tokokrog | Na splošno primeren za nizko- in srednje-tokovna vezja; visok tok upravljajo vzporedni obroči | Udobno pri visokih-tokovih enosmernega tokokroga v težkih-izvedbah |
| Električni šum na signalnih linijah | Nižja raven hrupa,-primerna za kodirnik, analogni senzor in digitalne podatkovne linije | Večji kontaktni hrup zaradi obrabe ščetk; običajno filtrirajo ali uporabljajo samo za napajanje |
| Nastajanje delcev | Fina kovinska obraba je ostala v ohišju | Ogljikov prah, sproščen med delovanjem; zahteva zadrževanje v čistem okolju |
| Interval vzdrževanja | Dolgo; zamenjava ščetke je redka pri-običajni uporabi | Periodični pregled in zamenjava krtač je del servisnega načrta |
| Torni moment | nizka; lahek kontaktni tlak na-žico | višje; vzmetni-ogljikovi bloki |
| Kompaktnost | močan; podpira kratke višine skladov in majhne premere izvrtin | Večja ovojnica, še posebej za -mogoče modele |
| Toleranca na vibracije | Več{0}}točkovni stik se vozi skozi kratke motnje | Obliž z enim kontaktom je bolj občutljiv na klepetanje |
| Stroški pri visokem toku | Hitro se dvigne, ker mora biti več obročev vzporednih | Stroškovno-učinkovit v-aplikacijah, ki so-samo močne |
| Najboljše prileganje | Mešana moč in signal, kompaktni sklopi,-občutljivi sistemi za signale, napeljave z nizkim-vzdrževanjem | Visok{0}}tokovni prenos moči, tradicionalni industrijski pogoni, generatorsko vzbujanje, težka-rotacijska oprema |
Inženirska opomba: ko aplikacija združuje majhno količino visoko-tokovne moči s številnimi nizko-napetostnimi signalnimi linijami, je praktična odločitev običajno žična krtačka - in redko visoko{3}}tokovno vezje upravljajo vzporedni obroči, ne tehnologija preklopnih kontaktov.
Običajne aplikacije z električnimi podrobnostmi, ki so pomembne
Splošne kategorije aplikacij je enostavno našteti. To, kar sledi, je bolj uporabno: tipična mešanica vezij, ki jih potrebuje vsaka naprava, in tisto, kar vodi specifikacijo.
Industrijska avtomatizacija: mize za indeksiranje, rotacijska polnila, stolpi za označevanje
Vrtljiva miza za indeksiranje ali kupola za označevanje v pakirni liniji običajno potrebuje krmilno napajanje 24 V DC, nekaj digitalnih V/I linij, enega ali dva kanala kodirnika in včasih povezavo fieldbus. Kontakt žične krtače ustreza signalni strani; delovni cikel je dolg (več izmen na dan) in vzdrževalna okna so kratka. Kompaktendrsni obroč skozi-luknjos kontaktnim kompletom žične krtače je običajna konfiguracija, ker osrednja izvrtina omogoča prehod pnevmatskih ali mehanskih gredi.
Platforme za nadzor, EO/IR in pan-tilt kamere
Neprekinjeno vrtljive platforme kamer prenašajo enosmerno napajanje, pogonske linije motorja, krmilne signale in video ali ethernetno povezavo. Celovitost signala prevladuje v specifikaciji: kakršen koli šum kontakta se pokaže kot artefakti slike ali izguba paketa. Odločitev je le redko "kakšna vrsta krtače" -, temveč "kakšna strategija zaščite in ločitev kanalov sta potrebna."
Robotika, ROV, UAV Gimbals in rotacijski končni efektorji
Kompaktne zasnove z-nizkim navorom so tukaj najpomembnejše. Robotsko zapestje, ki nosi EOAT, si ne more privoščiti težkega drsnega obroča. Nizek torni moment kontakta z žično krtačo in majhna ovojnica sta odločilna dejavnika, poleg mešaniceUSB ali Ethernet signalni kanaliza tovor.
Naprave za testiranje in merjenje
Rotacijske preskusne naprave, dinamometri z instrumenti in naprave za preskušanje avtomobilskih komponent prenašajo nizko{0}}analogne signale, vhode termočlenov in včasih visoke-hitrostne digitalne linije. Kontaktni šum je sovražnik. Seznanjanje materialov in zaščita znotraj drsnega obroča sta pomembnejša od same oblike čopiča.
Nadzorni radarji, antene in rotacijske komunikacijske platforme
Antenski pozicionerji pogosto združujejo moč in signal v enem samem vrtljivem spoju, včasih poleg namenskega RF vrtljivega spoja za visoko-frekvenčno pot. Kontakt z žično krtačo čisti-nižjefrekvenčne signale in enosmerno napajanje.
Kako določiti drsni obroč z žično krtačo
Najhitrejša pot do pravilne ponudbe je definiranje aplikacije v šestih dimenzijah, preden stopite v stik s proizvajalcem. Preskok katerega koli izmed njih je najpogostejši vzrok za prenovo po prvem prototipu.
1. Navedite vsako vezje posebej
Dobavitelju ne dajte ene same številke, kot je "10 vezij." Razčleni:
- Funkcija vezja (napajanje motorja, krmiljenje, kodirnik A/B/Z, Ethernet par, video itd.)
- Stalni tok invrhovni/vklopni tok- številka zagona je tista, ki določa velikost kontakta na vodih motorja in solenoidov
- Napetost, AC ali DC, in potrebna izolacija
- Ali je vod zaščiten in ali se mora oklop vrteti skupaj s kablom ali zaključiti na ohišju
Če zamenjate neprekinjene in vršne tokove, se bo nastala zasnova bodisi segrela ali pa bo pre-navedena za višjo ceno, kot je potrebno.
2. Natančno definirajte vrste signalov in podatkov
"Prenašati mora signale" ni specifikacija. Določite protokol, hitrost in električni standard za vsako linijo. Pogosti primeri vključujejo analogne izhode senzorjev 0–10 V ali 4–20 mA, vodilo RS-485 ali CAN, Profinet, EtherCAT, 100Base-TX, 1000Base-T, video (HD-SDI, analogni kompozitni, GigE Vision) ali RF.
Zlasti Ethernet ni ena sama specifikacija. Drsni obroč, zasnovan za 100 Mbps Fast Ethernet, ne bo nujno prestalGigabit Ethernetna vrteči se kontaktni poti brez notranjega nadzora impedance, nadzorovanega preslušavanja med paricami in ustreznega oklopa. Zahteve za prenos so opredeljene vStandard IEEE 802.3, in za drsni obroč, ki ni bil karakteriziran glede na te zahteve, ni mogoče domnevati, da podpira povezavo.
Inženirska opomba: usmerite ethernetne pare stran od tokokrogov motorja in solenoida, kadar koli to omogoča postavitev kanala. Kjer je mešanje neizogibno, postane strategija zaščite kritična izbira načrtovanja - glejte ta praktični pregledzaščitne rešitve za prenos signala drsnega obroča.
3. Potrdite hitrost in delovni cikel
Drsni obroči so običajno ocenjeni za neprekinjeno vrtljaje na minuto, vendar delovni cikel določa življenjsko dobo. Stroj, ki se neprekinjeno vrti z 20 RPM, 24/7, zbere več vrtljajev v enem letu kot sistem s 300 RPM, ki deluje eno uro na dan. Zagotovite:
- Največji in tipični RPM
- Neprekinjeno ali občasno delovanje
- Smer (eno- ali dvosmerno)
- Pričakovano skupno število delovnih ur ali skupno število vrtljajev do konca življenjske dobe
4. Določite mehansko ovojnico
Navedite vse mehanske omejitve, ki jih mora spoštovati drsni obroč: zunanji premer, skupna višina, zahtevana -velikost izvrtine, če obstaja, montažni vmesnik, smer in dolžina izhoda kabla, prednostni priključek in dovoljeni navor na rotorju. Če je navpični prostor tesen, adrsni obroč za palačinkes stikom z žično krtačo se morda bolje prilega kot zložena cilindrična oblika.
5. Opišite okolje
Razpon delovne temperature, vlaga, prah, izpiranje, vibracije, udarci, nadmorska višina in korozivna atmosfera vplivajo na izbiro materiala, tesnjenje in povezovanje kontaktov. Zahtevano zaščito pred vdorom je treba navesti kot kodo IP, opredeljeno podIEC 60529; za kontekst o tem, kaj vsaka številka pomeni v praksi, glejte torazlaga ocen IP drsnih obročev.
6. Zgodaj se odločite med standardom in po meri
Standardni kataloški model je hitrejši za dostavo in cenejši. Adrsni obroč po merije upravičeno, če mehanskega ovoja, mešanice tokokrogov ali okolja ni mogoče oskrbeti s standardnim delom -, kar pogosto velja za kompaktne, mešane napajalne-in-signalne zasnove. Kompromis-je podrobneje obravnavan v tem člankustandardni proti drsnim obročkom po meri.
Kontrolni seznam izbire
Pred izdajo RFQ potrdite, da lahko odgovorite na vsako postavko na tem seznamu:
- Število tokokrogov, razčlenjeno po funkcijah
- Za vsako vezje: trajni tok, vrhovni/vklopni tok, napetost, AC ali DC
- Signalni protokoli in hitrosti (vrsta kodirnika, fieldbus, hitrost Etherneta, video standard, RF frekvenca)
- Zahteve za zaščito in ozemljitev na tokokrog
- Največji vrtljaji, tipični vrtljaji, delovni cikel, smer
- Ciljna življenjska doba v urah ali vrtljajih
- Zunanji premer, skupna dolžina,-velikost izvrtine, način namestitve
- Smer izhoda kabla, dolžina kabla, vrsta priključka
- Delovno temperaturno območje
- Zahtevana ocena IP po standardu IEC 60529, poleg morebitnega izpiranja ali izpostavljenosti kemikalijam
- Okolje z vibracijami in udarci
- Zahteve skladnosti (UL, CE, vojaške, medicinske itd.)
Delovni primer: rotacijska inšpekcijska ploščad z napajanjem in gigabitnim ethernetom
Spodnji parametri so ilustrativni - odražajo konfiguracijo, ki jo pogosto vidimo, in ne projekt posamezne stranke.
- Uporaba:Neprekinjeno vrteča se kupola za optično pregledovanje, notranja čista soba-sosednje območje
- Obremenitev rotorja:Industrijska kamera, obročna luč, nadzorna plošča, senzor temperature okolja
- Vezja:2 × 5 A neprekinjeno enosmerno napajanje (24 V), 1 × Gigabit Ethernet (4 prepleteni pari), 2 × digitalni V/I, 1 × vhod za termočlen
- RPM:60 RPM neprekinjeno, dvosmerno
- Delovni cikel:22 ur na dan, 6 dni na teden
- Mehanska ovojnica:50 mm razpoložljive višine sklada, 25 mm skoz-vrtina za pnevmatski vod
- Okolje:15–30 stopinj, malo prahu, brez izpiranja, IP54 zadostuje
- Ciljna življenjska doba:Najmanj 8000 ur pred servisnim posegom
Konfiguracija, ki ustreza, je drsni obroč z žično krtačo s skoznjo izvrtino z ethernetnimi pari, speljanimi na namenskih, notranje zaščitenih kanalih, ločenih od 24-voltnih napajalnih obročev. Linija termočlena je združena s signali nizke-nivoje na nasprotni strani ohišja od napajalnih obročev. Material ščetke je žlahtna-kovinska zlitina na signalni strani in težji-združek na obeh napajalnih obročih.
Ta primer ne ponazarja, da kontakt z žično krtačo na splošno "podpira Ethernet" -, ampak da je treba načrtovati določeno postavitev kanala, načrt zaščite in združevanje materialov, da bo povezava delovala prek neprekinjeno vrtečega se kontakta.
Pogoste napake pri specifikaciji
- Štetje vezja obravnava kot edino število.Dva 12-krožna drsna obroča imata lahko popolnoma različno življenjsko dobo, če je eden dimenzioniran za zagonski tok, drugi pa ne.
- Določanje "Ethernet" brez hitrosti.100Base-TX in 1000Base-T imata različne zahteve glede nadzora impedance in preslušavanja znotraj drsnega obroča.
- Podcenjujoče okolje.Del, ki je deloval v stacionarnem prototipu, lahko odpove v mesecih, ko je nameščen v bližini meglice hladilne tekočine ali v zunanjem ohišju z dnevnimi cikli kondenzacije.
- Ob predpostavki, da bo nameščen standardni model.Smer izhoda kabla, vrsta konektorja in ovojnica navora pogosto izključujejo navidezno kataloško ujemanje.
- Privzeta žična krtača za visoko-tokovno moč.Težko -enotno vezje na stotine amperov je v večini primerov še vedno ozemlje ogljikovih ščetk.
pogosta vprašanja
V: Ali so drsni obroči z žično krtačo boljši od drsnih obročev z ogljikovo krtačo?
A: Nobeno ni univerzalno boljše. Stik z žično krtačo ima prednost pri čistosti signala, kompaktnosti, nizkih stroških vzdrževanja in čistem delovanju. Kontakt z ogljikovimi ščetkami ima prednost pri velikem eno-toku tokokroga in pri stroških v aplikacijah za-prenos čiste moči. Pravi odgovor je odvisen od mešanice vezij, okolja in pričakovanj glede storitev.
V: Ali lahko drsni obroč z žično krtačo prenaša Ethernet?
O: Da, ko je drsni obroč zasnovan za to. Za-model splošnega namena ni mogoče domnevati, da prenaša Gigabit Ethernet na standard. Notranja postavitev kanala, nadzor impedance, ločevanje parov in oklop morajo biti zasnovani v skladu z zahtevami prenosa IEEE 802.3, enoto pa je treba preskusiti glede na te zahteve, preden se namesti na kritično povezavo.
V: Kako dolgo traja drsni obroč z žično krtačo?
O: Življenjska doba je odvisna od skupnih vrtljajev, toka na tokokrog, seznanjanja kontaktnih materialov, okolja in profila obremenitve. Tipične zasnove stopnje-signala so določene za desetine milijonov vrtljajev, preden kontaktni upor zaide iz specifikacij; močno obremenjeni električni obroči se obrabijo hitreje. Od dobavitelja vedno zahtevajte podatek o življenjski dobi, ki je povezan z vašim dejanskim delovnim ciklom, ne pa za splošno trditev o "dolgi življenjski dobi".
V: Kakšen tok lahko prenese drsni obroč z žično krtačo?
O: Na vezje so izvedbe z žično krtačo najbolj udobne v nizkem- do srednje-razponu toka - običajno do nekaj deset amperov neprekinjeno na enem obroču standardne velikosti. Večje tokove upravljajo vzporedni obroči v istem ohišju. Če vaša zasnova potrebuje več sto amperov na enem vezju, bo ogljikova ščetka ali poseben kontakt običajno bolj ekonomičen.
V: Ali so drsni obročki žične krtače-brez vzdrževanja?
O: Učinkovito-brez vzdrževanja je bližje resnici kot dobesedno-brez vzdrževanja. Stik se obrablja, le počasi in brez sproščanja ogljikovega prahu. Večina inštalacij ne zahteva načrtovanega servisa več tisoč ur, vendar je pregled v priporočenem servisnem intervalu še vedno del odgovornega načrta zanesljivosti.
V: Kakšna je razlika med drsnim obročem žične krtače in drsnim obročem vlaknaste krtače?
O: Izraza se pogosto uporabljata zamenljivo. "Fiber brush" običajno poudarja zelo fine več-žilne kontaktne snope, pogosto iz plemenitih-kovinskih zlitin, ki se uporabljajo za signalna-vezja. "Žična krtača" je širši izraz in vključuje tako signalne-razrede kot težje-izvedbe.
V: Kdaj naj namesto tega izberem drsni obroč s karbonsko krtačo?
O: Izberite ogljikove ščetke, ko v aplikaciji prevladuje visok eno-tok tokokroga, ko je okolje težka-industrijska in je ogljikov prah sprejemljiv, ko je proračunski pritisk na-samo zasnova močan ali ko je za vrtljivo opremo že določeno vzdrževanje ogljikovih ščetk kot del servisnega načrta.
V: Ali potrebujem standardni ali drsni obroč z žično krtačo po meri?
O: Če vaša mešanica vezij, mehanska ovojnica in okolje ustrezajo kataloškemu elementu, je standardni del hitrejši in cenejši. Če je katera koli od teh omejitev neobičajna - ozka višina sklada, mešana moč-in-seznam vezij Ethernet, določen priključek in izhod kabla - bo dizajn po meri prinesel boljši rezultat. Preprost način za odločitev je, da izpolnite zgornji kontrolni seznam za izbor in preverite, ali kateri vrstični element ne spada v standardni katalog.