Вращающийся электрический разъем передает электроэнергию, сигналы управления, обратную связь от датчиков или данные связи между неподвижной конструкцией и вращающейся частью машины. Он поддерживает соединение цепей, не позволяя фиксированным кабелям перекручиваться, затягиваться или многократно сгибаться поперек подвижного соединения.
Эти разъемы используются в упаковочных машинах, кабельных барабанах, поворотных столах, кранах, роботах, ветряных турбинах, антеннах, испытательных системах, медицинском оборудовании и других машинах с вращающимися узлами с приводом или инструментами. Знакомство ByTune сназначение контактного кольцапредоставляет дополнительную информацию об этой основной функции.
Выбор правильного устройства требует большего, чем просто подбор количества проводов. Каждая цепь, протокол сигнала, схема движения, размеры установки, воздействие окружающей среды, требования к техническому обслуживанию и приемочные испытания могут повлиять на окончательную конструкцию. В этом руководстве объясняется, как систематизировать эти требования перед сравнением стандартных и нестандартных продуктов.
Вращающийся электрический разъем — это то же самое, что и контактное кольцо?
Эти термины часто используются как взаимозаменяемые. Токосъемное кольцо представляет собой вращающийся электрический интерфейс, который поддерживает электрическую непрерывность между неподвижной и вращающейся секциями. Поставщики также могут использовать такие термины, как вращающийся электрический разъем, коллекторное кольцо, электрическое вращающееся соединение, вращающийся контакт или вращающийся электрический интерфейс.
Эти названия не обязательно идентифицируют лежащую в основе контактную технологию. Продукты, которые называются щеточными, бесщеточными, бесконтактными,-смачиваемыми ртутью, оптоволоконными-оптическими или гибридными, могут работать по-разному. Поэтому покупателю следует выйти за рамки названия и подтвердить:
- Как мощность или сигналы пересекают вращающийся интерфейс
- Имеют ли место физические электрические контакты
- Какие детали подвержены износу
- Какой осмотр или техническое обслуживание требуется
- Как токовая емкость меняется в зависимости от скорости и температуры
- Как проверялись заявленные характеристики сигнала и службы-срок службы
Для более широкого сравнения доступных структур см. руководство ByTune поразличные типы контактных колец.
Распространенные типы вращающихся электрических разъемов
| Тип разъема | Когда это обычно считается | Ключевое ограничение для проверки |
|---|---|---|
| Капсула или конец--вала | Конец вала открыт, радиальное пространство ограничено, количество цепей умеренное. | Общая длина, внешний диаметр, ток на цепь, выход кабеля и зазор разъема. |
| Сквозное-отверстие или сквозное-отверстие | Вал, труба, гидравлическая линия, компонент привода или пучок кабелей должны проходить через центр. | Размер отверстия и наружный диаметр должны соответствовать компоновке машины. |
| Блинчик или лепешка | Осевая высота строго ограничена, и имеется больше радиального пространства. | Уменьшенная высота может потребовать существенно большего диаметра. |
| Большой-ток или высокое-напряжение | Вращающаяся секция включает в себя сварочные цепи, нагреватели, двигатели, зарядное оборудование или промышленную передачу энергии. | Высокий ток и высокое напряжение являются отдельными требованиями к проектированию. |
| Высокая-скорость | Узел работает с повышенной скоростью вращения или требует точной балансировки. | Нагрев, износ, вибрация, нагрузка на подшипники, баланс и поведение сигнала должны рассматриваться вместе. |
| Сигнал и данные | Машина оснащена энкодерами, датчиками, CAN, Ethernet, USB, видео или другим протоколом связи. | Сама по себе непрерывность не гарантирует надежную работу протокола. |
| Электрический-гибридный гибрид | Электрические цепи должны иметь общую ось со сжатым воздухом, гидравлической жидкостью, вакуумом, охлаждающей жидкостью или технологической средой. | Разделы по электричеству и жидкостям требуют отдельных спецификаций и проверок. |
Конструкции капсулы и конца--вала
Компактные конструкции обычно используются на конце вращающейся оси в оборудовании автоматизации, системах камер, небольших проигрывателях, робототехнике, лабораторном оборудовании и упаковочных машинах. Доступныедиапазон капсульных контактных колециллюстрирует типичную архитектуру компактного продукта.
Конструкция с концом--вала автоматически не подходит только потому, что требуемое количество цепей невелико. Инженер также должен проверить пространство для изгиба кабеля, общую осевую длину, доступ к разъему, выравнивание установки, крутящий момент и ток, необходимый для каждой цепи.
Конструкции со сквозным-проходным отверстием
A контактное кольцо через-отверстиеимеет отверстие в центре. Это позволяет устанавливать его вокруг существующего вала, трубы, компонента центрального привода, гидравлического канала или пучка кабелей.
Диаметр отверстия никогда не следует оценивать сам по себе. Увеличение центрального отверстия обычно влияет на общий диаметр корпуса, а также может влиять на количество доступных цепей, токовую нагрузку, способ монтажа и кабельные выходы. Поэтому чертеж машины с размерами более полезен, чем просто требования к диаметру отверстия.
Блинчики
A блинное контактное кольцорасполагает свои проводящие пути в плоской форме. Это может решить проблему осевой-высоты, но не обязательно уменьшает общий объем установки. Проектировщик заменяет осевую длину радиальным диаметром, и ему также может потребоваться пересмотреть экранирование, расстояние между дорожками, точность монтажа и защиту окружающей среды.
Проекты с высоким-током и высоким-напряжением
К приложениям с высоким-током относятся системы ротационной сварки, нагреватели, большие двигатели, зарядное оборудование и передача энергии в тяжелой промышленности. В спецификации должны быть указаны непрерывный и пиковый ток каждой цепи, рабочий цикл, рабочее напряжение, температура окружающей среды, скорость вращения, схема заземления и допустимое повышение температуры.
Изделие, способное выдерживать большой ток, автоматически не подходит для работы с высоким напряжением. При выборе для высоких-токов большое внимание уделяется размеру проводника, контактному сопротивлению, выделению тепла и управлению температурным режимом. Выбор высокого-напряжения также требует подходящей изоляции, расстояния, утечки, зазора и защиты от электрического пробоя. Обзор ByTuneконтактные кольца с высоким-токомобеспечивает соответствующий технический путь.
Высокоскоростные-проекты
Скорость вращения может влиять на поведение контакта, нагрузку на подшипник, механический баланс, температуру, износ и стабильность сигнала. Соединитель, который на короткое время достигает высокой скорости во время испытательного цикла, не имеет той же функции, что и разъем, который постоянно работает на этой скорости.
В спецификации следует различать нормальную скорость, максимальную скорость, продолжительность работы на максимальной скорости, ускорение, изменение направления, часы работы и требования к балансировке. Статья овысокоскоростные-кольца токосъёмникаболее подробно рассказывает об этой категории продуктов.
Электрические и гидравлические гибридные конструкции
Некоторые машины должны передавать электрические цепи вместе со сжатым воздухом, гидравлической жидкостью, охлаждающей жидкостью, вакуумом или другой технологической средой. Гибридная сборка позволяет сократить количество отдельных вращающихся компонентов, но не избавляет от необходимости определять каждую систему отдельно.
Электрические требования должны включать схему цепи и информацию о сигналах. Требования к жидкости должны включать среду, давление, расход, количество проходов, тип фитинга, температуру, совместимость материалов и допустимую утечку. ByTune'sдиапазон пневматических контактных колецприведены примеры жидкостных и гибридных вращающихся интерфейсов.
Применение-к-матрице выбора соединителя
| Приложение | Типичные требования к ротации | Структура соединителя для оценки |
|---|---|---|
| Упаковка проигрывателя | Мощность двигателя, нагреватели, клапаны, датчики, Ethernet и пневматические каналы. | Сквозной-электрический-гибридный гидравлический гибрид |
| Кабельная катушка или лебедка | Питание, тормозные цепи, концевые выключатели, обратная связь от энкодера и повторное вращение барабана. | Конец--вала, сквозное-отверстие или большая отдельная сборка |
| Промышленный робот | Компактная установка, сервопривод, энкодеры, полевая шина и повторяющееся перемещение. | Капсула, сквозное-проходное отверстие или нестандартная сигнальная-аттестованная сборка |
| Ветряная турбина | Питание, регуляторы угла наклона, датчики, связь, вибрация и длительные интервалы технического обслуживания. | Большой сквозной-разъем или индивидуальный многоконтактный разъем-разъем |
| Роторный сварочный аппарат | Высокий ток, низкое сопротивление, контроль нагрева и заземление. | Специальное сильноточное-ротационное передаточное устройство |
| Антенная или радиолокационная платформа | Питание, управление, Ethernet, радиочастотная или оптоволоконная-передача | Смешанный электрический, высокочастотный или оптоволоконный поворотный интерфейс. |
| Инспекционное или испытательное оборудование | Измерения с низким-шумом, контролируемым импедансом, повторяемостью и отслеживаемостью | Сигнальная-квалифицированные многоканальные-или пользовательские сборки |
Эта таблица — инструмент первоначального отбора, а не таблица-выбора модели. Машины одной и той же категории могут иметь разные требования к току, данным, скорости, окружающей среде и размерам.
Шесть инженерных решений, определяющих выбор соединителя
1. Определите цепь электрической нагрузки по цепи.
Не начинайте с общего значения тока или количества проводов. Создайте схему цепи, показывающую назначение, напряжение, постоянный ток, пиковый или пусковой ток, работу переменного или постоянного тока, рабочий цикл, заземление, размер провода и подключенную нагрузку для каждой цепи.
Двигатель, нагреватель, тормоз, соленоид, энкодер и канал данных не могут рассматриваться как эквивалентные контакты. Два-четырех-канальных разъема, передающих только управляющие сигналы, отличаются по конструкции от двадцати-четырех-канальных разъемов, передающих питание двигателя, нагреватели, датчики и Ethernet.
Контактное сопротивление имеет значение, поскольку каждый проводящий интерфейс производит некоторое падение напряжения и выделение тепла. Для цепей с более высоким-током поставщик должен объяснить, как оцениваются сопротивление и повышение температуры при указанной нагрузке и вращении. Несколько меньших контактов не следует соединять параллельно, если производитель не одобрил такое расположение, поскольку ток может распределяться между контактами неравномерно.
2. Назовите сигнал и определите, как он будет тестироваться.
«Сигнальная цепь» не является полной спецификацией. Вход переключателя, термопара, энкодер, сеть CAN, канал Ethernet, соединение USB и видеоканал имеют разные электрические требования.
Для каждой чувствительной цепи или цепи данных определите:
- Точный сигнал или протокол
- Скорость передачи данных
- Тип кабеля и разъема
- Характеристический импеданс, где это применимо
- Устройство экранирования и заземления
- Приемлемый шум или ошибка
- Требуемый тест при вращении разъема
Ethernet стандартизирован посредствомРабочая группа IEEE 802.3, но одно только указание «Ethernet» еще не определяет полное вращающееся соединение. Перед заказом необходимо согласовать тип Ethernet, геометрию кабеля, разъем, разделение каналов, заземление и условия динамических испытаний.
На высокоскоростную-передачу данных могут влиять скачки импеданса, зазоры в экранировании, перекрестные помехи, электромагнитные помехи и переходы в разъемах. Проверка непрерывности подтверждает, что проводник не разомкнут; он не подтверждает надежную передачу пакетов. ByTune'sНаправляющая контактного кольца Ethernetпредоставляет дополнительный контекст приложения.
3. Опишите профиль реального движения.
Укажите, является ли движение непрерывным вращением или колебанием с ограниченным-углом. Укажите нормальную скорость, максимальную скорость, время на максимальной скорости, изменения направления, старты и остановки, ускорение, ежедневное время работы и ожидаемый период обслуживания.
Эти условия следует рассматривать вместе, а не сводить к одному максимальному-значению числа оборотов в минуту. При непрерывной работе большее внимание уделяется температуре и длительному-износу, а повторяющееся реверсивное движение может привести к изменению схемы контакта и нагрузки на кабель-.
4. Заморозьте механический интерфейс перед выбором модели.
Предоставьте чертеж с размерами, показывающий:
- Требуемый диаметр
- Максимальный внешний диаметр
- Максимальная осевая длина
- Размеры вала
- Фланец или монтажные отверстия
- Стационарные и вращающиеся стороны
- Точка предотвращения-вращения
- Направление выхода кабеля
- Разъем и сервисное разрешение
- Близлежащие движущиеся части
Разъем не должен зависеть от неподдерживаемых проводов, ограничивающих неподвижную сторону. Несоосность, жесткий монтаж, предотвращающий-проворачивание, плохая защита от натяжения или недостаточный зазор для кабеля могут привести к непредвиденным нагрузкам на сборку. Производительинструкции по установкедолжны быть рассмотрены до завершения разработки конструкции машины.
5. Определите среду, а не просто IP-номер
Опишите фактическое воздействие: мелкая пыль, крупный мусор, дождь, прямые струи воды, смыв, временное погружение в воду, конденсат, масло, соль, удобрения, чистящие химикаты, коррозия, воздействие ультрафиолета и установка внутри другого корпуса.
Объяснение IEC по степени защиты IPутверждает, что IEC 60529 классифицирует защиту корпуса от проникновения пыли и жидкостей. Степень IP полезна, но сама по себе она не определяет химическую совместимость, устойчивость к коррозии, защиту от конденсации, герметизацию кабельного ввода-, защиту разъема или ориентацию установки.
Выбранная защита должна применяться ко всей установленной сборке, включая внешние разъемы, свободные выводы, кабельные вводы и окружающие крышки. Руководство ByTune поконтактное кольцо IP-классыможет поддержать первоначальную экологическую экспертизу.
6. Согласуйте срок службы, соответствие требованиям и приемочные испытания.
Заявления о сроке службы-имеют смысл только в том случае, если определены условия эксплуатации. Сравните продукты по предполагаемому току, скорости, температуре, рабочему циклу, окружающей среде, вибрации и графику технического обслуживания.
Спросите, какие компоненты подвержены износу, какой осмотр требуется, исправны ли щетки или подшипники, какие условия сокращают срок службы и как можно заменить агрегат после установки.
Требования соответствия также зависят от конкретного продукта и целевого рынка. Европейская комиссия поясняет, чтоДиректива RoHSограничивает использование некоторых опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании. Покупатель должен подтвердить, относится ли запрошенная декларация к конкретной конфигурации разъема, а не предполагать, что один документ охватывает все семейство продуктов.
Приемочное тестирование должно соответствовать риску приложения. Он может включать в себя:
- Проверка целостности и изоляции
- Измерения статического и динамического сопротивления
- Тестирование-роста температуры под нагрузкой
- Вращательные испытания при заданной скорости и рабочем цикле
- Тестирование сигнала или протокола во время вращения
- Проверка размеров
- Экологические испытания, где это необходимо
- Первая-проверка товара-индивидуально для клиента
Руководство ByTune покак проверить контактное кольцоизлагаются общие соображения по проверке и электрическим испытаниям.
Рабочий пример: указание вращающейся таблицы упаковки
Ниже приводится гипотетический пример, призванный продемонстрировать процесс выбора.
Упаковочная машина имеет постоянно вращающийся стол, на котором установлен один небольшой двигатель, два нагревателя, несколько пневматических клапанов, датчики положения, кодировщик, устройство Industrial Ethernet и два канала сжатого-воздуха.
Запрос на «двадцать-четырех-кольцевых контактных кольца с двумя воздушными отверстиями» был бы неполным. Он не показывает, по каким каналам проходит ток нагревателя, в какой цепи имеется пусковой ток двигателя, чувствителен ли энкодер к шуму или как будет проверяться соединение Ethernet.
Электрическая нагрузка
Двигатель и каждый нагреватель должны быть указаны отдельно с указанием напряжения, постоянного тока, пикового тока, рабочего цикла и размера провода. Цепи клапана и датчика не следует группировать с цепями нагревателя просто для получения одного общего значения тока.
Сигналы и данные
В спецификации должен быть указан тип кодера и точный протокол Ethernet. Перед утверждением необходимо определить кабели, разъемы, экранирование, заземление, разделение каналов и динамические испытания связи.
Пневматические требования
Количество каналов, рабочее давление, пиковое давление, расход, качество воздуха, тип фитинга, температура и допустимая утечка должны быть указаны независимо от электрической схемы.
Механические и экологические требования
Поставщик должен получить требуемое отверстие, максимальный диаметр, осевое пространство, скорость стола, направление кабеля, метод очистки, температуру окружающей среды и чертеж-доступа для обслуживания.
Обладая этой информацией, покупатель может сравнить стандартную гибридную платформу со сквозным-проходным отверстием, модифицированную-стандартную сборку и полностью специальный соединитель на одной и той же технической основе.
Стандартный, модифицированный-стандартный или полностью индивидуальный?
| Вариант | Подходящее время | Основной компромисс-комиссия |
|---|---|---|
| Стандартный разъем | Схемы, размеры, скорость, окружающая среда, кабели и соединения соответствуют существующему продукту. | Минимальные усилия по проектированию, но ограниченная гибкость. |
| Измененный-стандартный соединитель | Проверенная платформа подходит, но длина кабеля, разъемы, уплотнение или расположение цепей требуют корректировки. | Сокращает объем работ по разработке, но изменения остаются ограниченными исходной платформой. |
| Полностью индивидуальный разъем | Проект имеет необычные размеры, большой ток, высокую-скорость передачи данных, гибридную среду, суровые условия или специальные испытания. | Требуется дополнительное проектирование, чертежи, проверка прототипа и проверка. |
Индивидуальный дизайн не является автоматически лучшим. Проверенная стандартная платформа может снизить технический риск, стоимость и время выполнения заказа, если она соответствует приложению. Сравнениестандартные и нестандартные контактные кольцаобеспечивает полезную основу для принятия решений.
Если ни одна существующая платформа не отвечает критическим электрическим, сигнальным, механическим, экологическим или гидравлическим требованиям, проект следует перейти кразработка индивидуальных контактных колец.
Распространенные ошибки выбора
| Ошибка | Почему это создает риск | Лучший подход |
|---|---|---|
| Выбор по количеству проводов | Он рассматривает питание, датчики, энкодеры и данные как эквивалентные цепи. | Создайте круговой график. |
| Использование общего тока | Он скрывает непрерывную и пиковую потребность каждой нагрузки. | Оцените каждую схему отдельно. |
| Называя каждую цепь, не-силовую, сигналом | Для разных сигналов требуются разные кабели, экраны, импедансы и тесты. | Назовите точный сигнал и протокол. |
| Запрос водонепроницаемого продукта | Этот термин не определяет струи воды, погружение, конденсацию, соединители, химикаты или коррозию. | Опишите реальную обстановку. |
| Копирование номера детали с другой машины | Подобное оборудование может иметь разные нагрузки, размеры отверстий, кабели, скорости и воздействие. | Сравните полные характеристики и чертежи. |
| Принятие теста на целостность цепей передачи данных | Непрерывность не доказывает надежную работу протокола во время ротации. | Согласуйте критерии приемлемости динамического сигнала. |
| Игнорирование доступа к установке | Подходящий разъем все равно может стать причиной простоя, если его невозможно осмотреть или заменить. | Прежде чем заморозить макет, проверьте установку и обслуживание. |
Контрольный список запросов предложений и проверки поставщиков
Полный запрос котировок должен позволить поставщикам оценить одно и то же приложение, а не указывать ближайшую модель по каталогу.
- Описание машины и применения
- Идентификация неподвижной и вращающейся сторон
- Полный график электрических цепей
- Непрерывный и пиковый ток для каждой силовой цепи
- Точные датчики, кодировщики, протоколы связи, видео или данных
- Требования к кабелю, разъему, экранированию, заземлению и импедансу
- Непрерывное вращение или колебание
- Нормальная и максимальная скорость
- Рабочий цикл и ожидаемый период обслуживания
- Требуемое отверстие, максимальный диаметр, длина и монтажный чертеж.
- Выходы кабелей, зазор между разъемами и устройство предотвращения-вращения
- Температура, вибрация и ударные условия
- Пыль, вода, промывка, химикаты, коррозия и воздействие ультрафиолета.
- Требования к пневматике, гидравлике, вакууму или охлаждающей жидкости
- Требуемые декларации, отчеты о проверках и отслеживаемость
- Электрические, вращательные, сигнальные и экологические приемочные испытания
- Количество прототипов, годовое количество и график проекта
- Фотографии установки или чертежи с размерами
Прежде чем утвердить предложение, подтвердите, какая стандартная платформа используется, какие требования требуют модификации, какое обслуживание ожидается, какие испытания применимы к конкретной конфигурации и включены ли кабели и разъемы в экологическое заявление.
Как только информация о заявке будет заполнена, отправьте ее черезСтраница контактов и предложений ByTuneна техническую экспертизу.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Может ли вращающийся электрический разъем одновременно передавать питание и Ethernet?
О: Да, если узел предназначен для указанных цепей питания и точных требований Ethernet. Должны быть подтверждены геометрия кабеля, экранирование, заземление, полное сопротивление, тип разъема, отделение от силовых каналов и динамические испытания связи.
Вопрос: В чем разница между контактным кольцом и поворотным соединением?
A: Контактное кольцо передает электроэнергию или сигналы через вращающийся интерфейс. Поворотное соединение передает такие среды, как сжатый воздух, гидравлическая жидкость, охлаждающая жидкость или вакуум. Обе функции могут быть интегрированы в гибридную сборку.
Вопрос: Когда требуется сквозной-соединитель?
Ответ: Обычно считается, что вал, трубка, компонент привода, пучок кабелей или канал для жидкости должны проходить через центр соединителя. Отверстие, внешний диаметр, длина, скорость, схемы и метод монтажа все равно должны оцениваться вместе.
Вопрос. Всегда ли бесщеточные вращающиеся разъемы-не требуют обслуживания?
О: Из термина «бесщеточный» нельзя сделать универсального вывода. В разных продуктах могут использоваться разные технологии передачи, а подшипники, уплотнения, кабели, секции жидкости или другие компоненты по-прежнему могут требовать проверки или замены.
Вопрос: Как следует сравнивать срок службы?
О. Сравнивайте требования к-сроку службы только при определенных токе, скорости, температуре, рабочем цикле, вибрации, окружающей среде и условиях обслуживания. Общее значение срока службы без учета условий эксплуатации недостаточно для технического сравнения.
Вопрос: Когда следует использовать специальный соединитель?
О. Индивидуальная конструкция подходит, когда ни одна стандартная или модифицированная-стандартная платформа не может удовлетворить критическим электрическим, сигнальным, механическим, экологическим, гидравлическим требованиям, требованиям соответствия или требованиям испытаний.
Заключительная рекомендация
Лучший вращающийся электрический разъем – это не обязательно модель с наибольшим количеством каналов или самой высокой заявленной производительностью. Это конфигурация, электрическая нагрузка, целостность сигнала, движение, механическая посадка, защита окружающей среды, план технического обслуживания и приемочные испытания которого соответствуют реальной машине.
Сначала составьте круговой график. Затем определите сигналы, движение, размеры, среду, ожидания от обслуживания и тесты. Такая последовательность упрощает сравнение стандартных и пользовательских опций, уменьшает задержки с ценами и выявляет технические конфликты до установки соединителя.