Anells lliscants de raspall de filferro per a una transferència neta del senyal

Els anells lliscants del raspall de filferro transfereixen potència, senyals i, en molts casos, dades a través d'una interfície que gira contínuament. Es trien quan un sistema giratori necessita un contacte estable en un paquet compacte, sense la pols de carbó generada pels dissenys tradicionals de raspall de carbó. No són, però, una actualització predeterminada. Per a la transferència de corrent-intensa, entorns abrasius o línies de RF especialitzades, un altre disseny de contacte serà sovint més adequat.

Aquesta guia està escrita des d'una perspectiva d'enginyeria de l'aplicació d'anell lliscant. Explica com funciona el contacte del raspall de filferro, on es guanya el seu lloc, com es compara amb els anells lliscants del raspall de carbó sobre les dimensions que pesen realment els compradors i quina informació necessita el vostre proveïdor abans de cotitzar. Al final s'inclou un exemple treballat amb paràmetres realistes, juntament amb una PMF per a les preguntes que apareixen més sovint durant la selecció.

Què és un anell lliscant de raspall de filferro?

Un anell lliscant de raspall de filferro és un conjunt electromecànic que manté una connexió elèctrica entre una estructura estacionària i un component giratori. La funció és compartida per totsanell lliscant elèctric; la diferència rau en el contacte.

En lloc d'un sol bloc de carboni pressionat contra cada anell conductor, un disseny de raspall de filferro utilitza un paquet de cables conductors fins i elàstics. Cada cable és el seu propi punt de contacte i diversos cables circulen al mateix anell simultàniament. Aquest contacte multi-punt és l'origen de la major part del comportament elèctric i mecànic del disseny: menor variació de la resistència de contacte, menor soroll elèctric a les línies de senyal i un perfil de desgast que no aboca pols de carboni conductor al mecanisme circumdant.

El contacte de raspall de filferro de vegades s'anomena contacte de raspall de fibra o de raspall de fibra múltiple-a la literatura tècnica, especialment quan s'utilitzen cables d'aliatge-de metalls preciosos molt fins per a circuits de senyal de baix-nivell.

Com funciona realment el contacte del raspall de filferro

Un anell lliscant té una carcassa estacionària (l'estator) i un eix o màniga giratori (el rotor). Els anells conductors es troben al costat giratori. Els blocs de raspall s'asseuen al costat estacionari, cadascun subjectant el paquet de filferro que pressiona contra un anell. Quan el rotor gira, el corrent o el senyal passa a través dels cables del raspall, cap a l'anell, i el rotor surt a tot el que estigui muntat a l'equip giratori.

Tres detalls importen més del que admeten la majoria de catàlegs:

• Nombre de contactes efectius.Un únic bloc de carboni pot tenir un pegat de contacte principal. Un paquet de cables pot tenir deu a diverses dotzenes de micro-contactes independents al mateix anell. Si uns quants s'aixequen momentàniament per vibració o contaminació, d'altres encara estan conduint. Això és el que fa que el contacte del raspall de filferro sigui atractiu per a sensors, codificadors i línies digitals de baixa tensió-.
• Pressió de contacte per cable.Cada cable és lleuger. La força normal total és baixa en comparació amb un raspall de carbó, que redueix el parell de fricció i la calor a la superfície de contacte. La compensació-és que cap cable no pot passar un corrent intens; Els circuits d'alta-intensitat es gestionen mitjançant anells paral·lels o grups de raspalls més amples.
• Maridatge de materials.Els cables de raspall són habitualment aliatges-de metalls preciosos (basats en plata- o or-) per als circuits de senyal, mentre que les superfícies dels anells utilitzen revestiments complementaris. L'aparellament controla l'estabilitat de la resistència de contacte durant la vida útil i és el factor més important per determinar si un anell lliscant encara compleix les especificacions després d'un milió de revolucions.

El contacte del raspall de filferro encara es desgasta. El comerç no és "sense desgast" versus "desgast de carboni" - és un desgast metàl·lic fi que es queda a l'interior de la carcassa i partícules de carboni que poden escapar als mecanismes circumdants.
 

On els anells lliscants del raspall de filferro guanyen el seu lloc

Els dissenys de raspalls de filferro s'especifiquen normalment quan es compleix almenys un dels següents:

• El sistema transporta senyals de baixa tensió-, retroalimentació del codificador o línies de dades que no poden tolerar el soroll de fons d'una escobilla de carbó gastada.
• L'entorn circumdant és sensible a les partícules (sistemes òptics, imatge mèdica, manipulació de semiconductors, sales netes).
• L'espai vertical o radial és reduït i una alçada de pila curta importa més que la capacitat màxima de corrent.
• L'accés de manteniment és deficient - la unitat ha de funcionar durant desenes de milers d'hores abans de qualsevol intervenció del servei.
• Els circuits de potència i els circuits de senyal han de compartir una única carcassa compacta.

El disseny s'ajusta malament quan el requisit dominant són centenars d'amperes per circuit, quan l'entorn és molt abrasiu o corrosiu químicament, o quan una solució especialitzada com ara unanell lliscant de fibra òpticao una unió rotativa RF és necessària per a l'enllaç de dades.

Raspall de filferro vs anells lliscants de raspall de carbó

Tots dos estils de contacte funcionen. La pregunta és quina s'adapta a les limitacions elèctriques, mecàniques i de servei de l'aplicació. Un tradicionalanell lliscant de raspall de carbósegueix sent la resposta correcta en moltes aplicacions de potència rotativa de gran{0}}ocupació; el raspall de filferro guanya en diferents terrenys.

Nota d'enginyeria: quan una aplicació combina una petita quantitat d'alta-potència actual amb moltes línies de senyal de baixa-tensió, la decisió pràctica sol ser un raspall de filferro - i el rar circuit d'alta-intensitat es gestiona mitjançant anells en paral·lel, no mitjançant tecnologia de contacte de commutació.

Aplicacions habituals, amb el detall elèctric que importa

Les categories d'aplicacions genèriques són fàcils d'enumerar. El que segueix és més útil: la barreja típica de circuits que necessita cada dispositiu i el que tendeix a impulsar l'especificació.

Automatització industrial: taules d'indexació, farcits rotatius, torretes d'etiquetatge

Una taula d'indexació rotativa o una torreta d'etiquetatge en una línia d'embalatge normalment necessita una potència de control de 24 V CC, un grapat de línies d'E/S digitals, un o dos canals de codificador i, de vegades, una connexió de bus de camp. El contacte del raspall de filferro s'adapta al costat del senyal; el cicle de treball és elevat (diversos torns per dia) i els períodes de manteniment són curts. Un compacteanell lliscant-perforatamb un conjunt de contactes de raspall de filferro és una configuració habitual perquè el forat central permet el pas d'eixos pneumàtics o mecànics.

Plataformes de càmeres de vigilància, EO/IR i panoràmica-inclinable

Les plataformes de càmeres de rotació contínua transmeten potència de corrent continu, línies d'accionament del motor, senyals de control i un enllaç de vídeo o Ethernet. La integritat del senyal domina l'especificació: qualsevol soroll de contacte apareix com a artefactes d'imatge o pèrdua de paquets. La decisió rarament és "quin tipus de raspall" - és "quina estratègia de blindatge i separació de canals calen".

Robòtica, ROV, cardans d'UAV i efectes finals giratoris

Els dissenys compactes i de baix-parell són els més importants aquí. Un canell robòtic que porta un EOAT no es pot permetre un anell antilliscant pesat. El baix parell de fricció del contacte del raspall de filferro i l'embolcall petit són els factors decisius, juntament amb una barreja deCanals de senyal USB o Ethernetper la càrrega útil.

Equips de prova i mesura

Els accessoris de prova giratoris, els dinamòmetres instrumentats i els bancs de prova de components d'automòbil porten senyals analògics de baix-nivell, entrades de termoparells i, de vegades, línies digitals d'alta-velocitat. El soroll de contacte és l'enemic. La combinació de materials i el blindatge dins de l'anell lliscant són més importants que el propi factor de forma del raspall.

Radars de vigilància, antenes i plataformes de comunicacions giratòries

Els posicionadors d'antena sovint combinen potència i senyal en una única articulació giratòria, de vegades juntament amb una articulació giratòria de RF dedicada per al camí d'alta-freqüència. El contacte del raspall de filferro gestiona els senyals de freqüència més baixa-i l'alimentació de corrent continu.

Com especificar un anell lliscant de raspall de filferro

La manera més ràpida d'obtenir una cotització correcta és definir l'aplicació en sis dimensions abans de contactar amb un fabricant. Saltar-ne qualsevol és la causa més comuna d'un redisseny després del primer prototip.

1. Enumereu cada circuit per separat

No doneu a un proveïdor un sol número com ara "10 circuits". Detallar:

• Funció del circuit (potència del motor, control, codificador A/B/Z, parell Ethernet, vídeo, etc.)
• Valoració de corrent continu icorrent de pic/entrada- la xifra d'entrada és la que determina la mida dels contactes a les línies del motor i del solenoide
• Tensió, CA o CC i aïllament necessari
• Si la línia està blindada i si l'escut ha de girar amb el cable o finalitzar a la carcassa

Si es confonen els corrents continus i els pics, el disseny resultant s'escalfarà o s'especificarà més-a un cost superior al necessari.

2. Definiu amb precisió els tipus de senyal i dades

"Ha de portar senyals" no és una especificació. Identifiqueu el protocol, la velocitat i l'estàndard elèctric de cada línia. Els casos habituals inclouen sortides de sensor analògic de 0-10 V o 4-20 mA, bus RS-485 o CAN, Profinet, EtherCAT, 100Base-TX, 1000Base-T, vídeo (HD-SDI, compost analògic, GigE Vision) o RF.

Ethernet en particular no és una única especificació. Un anell lliscant dissenyat per a Fast Ethernet de 100 Mbps no passarà necessàriamentGigabit Etherneten un camí de contacte giratori sense control d'impedància interna, diafonia controlada entre parells i blindatge adequat. Els requisits de transmissió es defineixen a laEstàndard IEEE 802.3, i no es pot suposar que un anell lliscant que no s'hagi caracteritzat amb aquests requisits suporti l'enllaç.

Nota d'enginyeria: encamineu els parells Ethernet lluny dels circuits del motor i del solenoide sempre que la disposició del canal ho permet. Quan la barreja és inevitable, l'estratègia de blindatge es converteix en l'opció de disseny crítica - vegeu aquesta visió general pràctica desolucions de blindatge per a la transmissió del senyal d'anell lliscant.

3. Confirmeu la velocitat i el cicle de treball

Els anells lliscants solen estar classificats per a RPM contínues, però el cicle de treball determina la vida útil. Una màquina que gira a 20 RPM contínuament, 24/7, acumula més revolucions en un any que un sistema de 300 RPM que funciona una hora al dia. Proporcioneu:

• RPM màxim i típic
• Funcionament continu vs intermitent
• Direcció (uni- o bidireccional)
• Total d'hores de funcionament previstes o revolucions totals fins al final de la vida útil

4. Especifiqueu l'embolcall mecànic

Enumereu totes les restriccions mecàniques que ha de respectar l'anell lliscant: diàmetre exterior, alçada total, -mida del forat necessària si n'hi ha, interfície de muntatge, direcció i longitud de sortida del cable, preferències del connector i parell de torsió permès al rotor. Si l'espai vertical és reduït, aanell de pancakeamb un raspall de filferro en contacte pot ser més adequat que un disseny cilíndric apilat.

5. Descriu l'entorn

El rang de temperatura de funcionament, la humitat, la pols, el rentat, la vibració, el xoc, l'altitud i l'atmosfera corrosiva afecten la selecció del material, el segellat i l'aparellament de contactes. La protecció d'entrada necessària s'ha d'indicar com un codi IP definit aIEC 60529; per obtenir context sobre què significa cada dígit a la pràctica, vegeu aixòinterpretació de les classificacions IP de l'anell lliscant.

6. Decidiu entre l'estàndard i el personalitzat d'hora

Un model de catàleg estàndard és més ràpid de lliurar i més barat. Aanell lliscant personalitzates justifica quan l'embolcall mecànic, la mescla de circuits o l'entorn no poden ser atesos per una peça d'estoc -, que sovint és el cas dels dissenys compactes de potència-i-de senyal mixta. La compensació-es tracta amb més profunditat en aquest article sobreanells antilliscants estàndard vs personalitzats.

Llista de verificació de selecció

Abans d'emetre una RFQ, confirmeu que podeu respondre a cada element d'aquesta llista:

• Nombre de circuits, desglossats per funció
• Per a cada circuit: corrent continu, corrent de pic/entrada, tensió, CA o CC
• Protocols i velocitats de senyal (tipus de codificador, bus de camp, velocitat Ethernet, estàndard de vídeo, freqüència RF)
• Requisits de blindatge i connexió a terra per circuit
• RPM màxim, RPM típic, cicle de treball, direcció
• Vida útil objectiu en hores o revolucions
• Diàmetre exterior, longitud total, mida del-perforació, estil de muntatge
• Direcció de sortida del cable, longitud del cable, tipus de connector
• Interval de temperatura de funcionament
• Classificació IP necessària segons IEC 60529, més qualsevol rentat o exposició química
• Ambient de vibració i xoc
• Requisits de compliment (UL, CE, militars, mèdics, etc.)

Exemple de treball: plataforma d'inspecció rotativa amb potència i Gigabit Ethernet
 

Els paràmetres següents són il·lustratius - reflecteixen una configuració que veiem amb freqüència en lloc de qualsevol projecte de client individual.

• Aplicació:Torreta d'inspecció òptica en rotació contínua, sala neta interior-zona adjacent
• Càrrega útil del rotor:Càmera industrial, llum d'anell, tauler de control, sensor de temperatura ambient
• Circuits:Alimentació de CC contínua de 2 × 5 A (24 V), 1 × Gigabit Ethernet (4 parells trenats), 2 × E/S digitals, 1 × entrada de termoparell
• RPM:60 RPM contínua, bidireccional
• Cicle de treball:22 hores al dia, 6 dies a la setmana
• Embolcall mecànic:50 mm d'alçada de pila disponible, 25 mm de pas{2}}per a una línia pneumàtica
• Medi ambient:15-30 graus, poca pols, sense rentat, IP54 suficient
• Vida útil objectiu:8.000 hores com a mínim abans de qualsevol intervenció del servei

La configuració que s'adapta és un-anell lliscant de raspall de filferro passant amb els parells Ethernet encaminats a canals dedicats i blindats internament separats dels anells d'alimentació de 24 V. La línia del termoparell s'agrupa amb els senyals de baix-nivell al costat oposat de la carcassa dels anells de potència. El material del raspall és un aliatge-de metall preciós al costat del senyal i un aparellament-més pesat als dos anells de potència.

El que il·lustra aquest exemple no és que el contacte de raspall de filferro "admet Ethernet" en general - és que s'ha de dissenyar un disseny de canal, un pla de blindatge i un aparellament de material específics perquè l'enllaç funcioni a través d'un contacte que gira contínuament.

Errors comuns d'especificació

• Tractant el recompte de circuits com l'únic nombre.Dos anells lliscants de 12 circuits poden tenir vides completament diferents si un té una mida per al corrent d'entrada i l'altre no.
• Especificant "Ethernet" sense la velocitat.100Base-TX i 1000Base-T tenen exigències diferents pel que fa al control d'impedància i la diafonia dins de l'anell lliscant.
• Subestimar l'entorn.Una peça que funcionava en un prototip de sobretaula pot fallar en mesos un cop instal·lada prop d'una boira refrigerant o en un recinte exterior amb cicles de condensació diaris.
• Suposant que es muntarà un model estàndard.La direcció de sortida del cable, el tipus de connector i l'embolcall de parell sovint descarten una coincidència aparent del catàleg.
• El raspall de filferro s'ha predeterminat per a una potència de corrent alta{0}.Un circuit únic-resistent a centenars d'amperes encara és territori de raspall de carbó en la majoria dels casos.