Teräsharjan liukurenkaat siirtävät tehoa, signaaleja ja monissa tapauksissa tietoja jatkuvasti pyörivän liitännän kautta. Ne valitaan, kun pyörivä järjestelmä tarvitsee vakaan kosketuksen kompaktissa pakkauksessa ilman perinteisten hiiliharjamallien synnyttämää hiilipölyä. Ne eivät kuitenkaan ole oletuspäivitys. Raskaaseen-virransiirtoon, hankaaviin ympäristöihin tai erikoistuneisiin RF-linjoihin toinen kosketinmalli on usein sopivampi.
Tämä opas on kirjoitettu liukurengassovellussuunnittelun näkökulmasta. Siinä kerrotaan, kuinka teräsharjakosketin toimii, missä se ansaitsee paikkansa, miten sitä verrataan hiiliharjan liukurenkaisiin ostajien todellisissa mitoissa ja mitä tietoja toimittajasi tarvitsee ennen tarjouksen tekemistä. Lopussa on toimitettu esimerkki realistisine parametrein sekä usein kysytyt kysymykset valinnan aikana esiin tulevista kysymyksistä.
Mikä on teräsharjan liukurengas?
Teräsharjan liukurengas on sähkömekaaninen kokoonpano, joka ylläpitää sähköistä yhteyttä kiinteän rakenteen ja pyörivän komponentin välillä. Toiminto on kaikkien yhteinensähköinen liukurengas; ero on kontaktissa.
Jokaista johtavaa rengasta vasten painetun yhden hiililohkon sijaan teräsharjamallissa käytetään nippua hienoja, joustavia johtavia lankoja. Jokainen lanka on oma kontaktipisteensä, ja samassa renkaassa kulkee useita johtimia samanaikaisesti. Tämä monipistekosketin on lähde suurimmalle osalle suunnittelun sähköisestä ja mekaanisesta käyttäytymisestä: pienempi kosketusvastuksen vaihtelu, pienempi sähköinen kohina signaalilinjoissa ja kulumisprofiili, joka ei vuoda johtavaa hiilipölyä ympäröivään mekanismiin.
Teräsharjakosketinta kutsutaan joskus teknisessä kirjallisuudessa kuituharja- tai moni{0}}kuituharjakoskettimeksi, varsinkin kun matalatasoisissa signaalipiireissä käytetään erittäin hienoja-jalometalliseoksia.
Kuinka teräsharjakosketin todella toimii
Liukurenkaassa on kiinteä kotelo (staattori) ja pyörivä akseli tai holkki (roottori). Johtavat renkaat sijaitsevat pyörivällä puolella. Harjalohkot sijaitsevat kiinteällä puolella, ja kukin pitelee lankakimppua, joka painaa yhtä rengasta. Kun roottori pyörii, virta tai signaali kulkee harjajohtojen läpi renkaaseen ja ulos roottori johtaa mihin tahansa, joka on asennettu pyörivään laitteistoon.
Kolme yksityiskohtaa ovat tärkeämpiä kuin useimmat luettelot myöntävät:
- Tehokkaiden kontaktien määrä.Yhdellä hiililohkolla voi olla yksi pääkosketinpaikka. Johdinnipussa voi olla kymmenestä useaan tusinaan erillisiä mikro-koskettimia samassa renkaassa. Jos muutamat nousevat hetkellisesti tärinän tai saastumisen takia, toiset johtavat edelleen. Tämä tekee teräsharjakoskettimesta houkuttelevan antureille, koodereille ja matalajännitteisille digitaalilinjoille.
- Kosketuspaine lankaa kohti.Jokainen lanka on kevyt. Normaali kokonaisvoima on pieni verrattuna hiiliharjaan, mikä vähentää kitkamomenttia ja lämpöä kosketuspinnalla. Kauppa-on se, että mikään yksittäinen johto ei voi läpäistä voimakasta virtaa; suurvirtapiirejä käsitellään rinnakkaisilla renkailla tai leveämmillä harjaryhmillä.
- Materiaalipari.Harjalangat ovat yleensä arvokkaita-metalliseoksia (hopeaa- tai kultaa-pohjaisia) signaalipiireissä, kun taas rengaspinnat käyttävät täydentäviä pinnoitteita. Pariliitos ohjaa kosketusvastuksen vakautta koko käyttöiän ajan, ja se on suurin yksittäinen tekijä siinä, täyttääkö liukurengas edelleen tekniset vaatimukset miljoonan kierroksen jälkeen.
Teräsharjan kontakti kuluu edelleen. Kauppa ei ole "ei kulumista" verrattuna "hiilen kulumiseen" -, se on hienoa metallista kulumista, joka pysyy kotelon sisällä verrattuna hiilihiukkasiin, jotka voivat karkaa ympäröiviin mekanismeihin.
Missä teräsharjan liukurenkaat ansaitsevat paikkansa
Teräsharjamallit määritetään yleensä, kun vähintään yksi seuraavista on totta:
- Järjestelmä välittää matalajännitteisiä signaaleja, enkooderin palautetta tai datalinjoja, jotka eivät kestä kuluneen hiiliharjan aiheuttamaa kohinaa.
- Ympäröivä ympäristö on herkkä hiukkasille (optiset järjestelmät, lääketieteellinen kuvantaminen, puolijohteiden käsittely, puhdastilat).
- Pysty- tai säteittäinen tila on tiukka ja lyhyt pinon korkeus merkitsee enemmän kuin maksimivirtakapasiteetti.
- Huollon saatavuus on huono - yksikön on oltava käynnissä kymmeniä tuhansia tunteja ennen huoltotoimenpiteitä.
- Tehopiirien ja signaalipiirien on jaettava yksi kompakti kotelo.
Suunnittelu on huonosti sovitettu, kun hallitseva vaatimus on satoja ampeeria piiriä kohti, kun ympäristö on voimakkaasti hankaava tai kemiallisesti syövyttävä tai kun erikoisratkaisut, kutenkuituoptinen liukurengastai tiedonsiirtoyhteyttä varten tarvitaan RF-kiertonivel.
Lankaharja vs hiiliharjan liukurenkaat
Molemmat kontaktityylit toimivat. Kysymys kuuluu, kumpi sopii sovelluksen sähköisiin, mekaanisiin ja palvelurajoituksiin. Perinteinenhiiliharjan liukurengason edelleen oikea vastaus moniin raskaisiin{0}}pyöriviin tehosovelluksiin; teräsharja voittaa eri maastoissa.
| Ulottuvuus | Lankaharjan liukurengas | Hiiliharjan liukurengas |
|---|---|---|
| Tyypillinen virta piiriä kohti | Soveltuu yleensä pieni--- ja keski-virtapiireihin; suuri virta käsitellään rinnakkaisilla renkailla | Mukava korkeilla yksipii{0}}virroilla raskaissa-malleissa |
| Sähkömelu signaalilinjoissa | Alhaisempi melutaso, -sopii hyvin kooderiin, analogiseen anturiin ja digitaalisiin datalinjoihin | Suurempi kosketusmelu harjojen kuluessa; yleensä suodatetaan tai käytetään vain virtalähteenä |
| Hiukkasten tuottaminen | Hienoa metallista kulumaa kotelon sisällä | Käytön aikana vapautunut hiilipöly; vaatii eristämisen puhtaissa ympäristöissä |
| Huoltoväli | Pitkä; harjan vaihto on harvinaista normaaleissa{0}}käyttösovelluksissa | Säännöllinen harjan tarkastus ja vaihto on osa huoltosuunnitelmaa |
| Kitkamomentti | Matala; kevyttä -johdon kosketuspainetta | Korkeampi; jousikuormitettuja hiililohkoja- |
| Kompakti | Vahva; tukee lyhyitä pinokorkeuksia ja pieniä poraushalkaisijoita | Suurempi kirjekuori, erityisesti{0}}voimakkaille malleille |
| Tärinän sietokyky | Usean{0}}pisteen yhteysajelut lyhyiden häiriöiden läpi | Yksi kontaktimerkki on herkempi puheille |
| Kustannukset korkealla virralla | Nousee nopeasti, koska useampia renkaita on oltava rinnakkain | Kustannus-tehokas vain raskaissa-tehosovelluksissa- |
| Paras istuvuus | Sekoitettu teho ja signaali, kompaktit kokoonpanot, signaali{0}}herkät järjestelmät, vähän{1}}huoltoa vaativat asennukset | Suuri-virransiirto, perinteiset teollisuuskäytöt, generaattorin viritys, raskaat-pyörivät laitteet |
Tekninen huomautus: kun sovellus yhdistää pienen määrän korkeaa-virtatehoa useisiin matalajännitteisten-signaalilinjojen kanssa, käytännön päätös on yleensä lankaharja - ja harvinainen korkea-virtapiiri hoidetaan rinnakkaisilla renkailla, ei kytkentäkontaktitekniikalla.
Yleiset sovellukset tärkeillä sähköisillä yksityiskohdilla
Yleiset sovellusluokat on helppo luetella. Seuraava on hyödyllisempää: kunkin laitteen tarvitsema tyypillinen piirien yhdistelmä ja se, mikä yleensä ohjaa spesifikaatiota.
Teollisuusautomaatio: Indeksointitaulukot, pyörivät täyteaineet, merkintätornit
Pakkauslinjan pyörivä indeksointipöytä tai etikettitorni tarvitsee tyypillisesti 24 V DC ohjaustehoa, kourallisen digitaalisia I/O-linjoja, yhden tai kaksi enkooderikanavaa ja joskus kenttäväyläliitännän. Teräsharjakosketin sopii signaalipuolelle; työsuhde on korkea (useita vuoroja päivässä) ja huoltoikkunat ovat lyhyitä. Kompakti-reiän liukurenkaan läpiteräsharjakosketinsarja on yleinen kokoonpano, koska keskireikä sallii pneumaattisten tai mekaanisten akselien kulkemisen.
Valvonta-, EO/IR- ja Pan{0}}Tilt Camera Platforms
Jatkuvasti pyörivät kameraalustat lähettävät tasavirtaa, moottorin käyttölinjoja, ohjaussignaaleja ja video- tai Ethernet-linkkiä. Signaalin eheys hallitsee määrittelyä: kaikki kosketuskohina näkyy kuvaartefakteina tai pakettihäviöinä. Päätös on harvoin "mikä tyyppinen harja" - se on "mitä suojausstrategiaa ja kanavaerottelua tarvitaan".
Robotiikka, ROV, UAV-kiinnittimet ja pyörivät päätetehostimet
Kompakti, alhainen{0}}vääntömomentti on tässä tärkeintä. Robottiranteessa, jossa on EOAT, ei ole varaa raskaaseen liukurenkaaseen. Teräsharjakoskettimen pieni kitkamomentti ja pieni verhoalue ovat ratkaisevia tekijöitä sekä sekoitusUSB- tai Ethernet-signaalikanavathyötykuorman vuoksi.
Testaus- ja mittauslaitteet
Pyörivät testilaitteet, instrumentoidut dynamometrit ja autokomponenttien testauslaitteet kuljettavat matalan-tason analogisia signaaleja, lämpöparituloja ja joskus nopeita{1}}digitaalilinjoja. Kosketusmelu on vihollinen. Materiaalipari ja suojaus liukurenkaan sisällä ovat tärkeämpiä kuin itse harjan muototekijä.
Valvontatutkat, antennit ja pyörivät viestintäalustat
Antennin asennoittimet yhdistävät usein tehon ja signaalin yhdessä pyörivässä liitoksessa, joskus yhdessä erillisen RF-kiertoliitoksen kanssa korkeataajuista{0}}polkua varten. Teräsharjakosketin käsittelee alemman taajuuden -signaaleja ja tasavirtaa puhtaasti.
Kuinka määrittää teräsharjan liukurengas
Nopein tapa oikean tarjouksen tekemiseen on määritellä sovellus kuuden ulottuvuuden välillä ennen kuin otat yhteyttä valmistajaan. Jonkin niistä väliin jääminen on yleisin syy uudelleensuunnitteluun ensimmäisen prototyypin jälkeen.
1. Listaa jokainen piiri erikseen
Älä anna toimittajalle yhtä numeroa, kuten "10 piiriä". Eritellä:
- Piirin toiminta (moottorin teho, ohjaus, enkooderi A/B/Z, Ethernet-pari, video jne.)
- Jatkuva virtaluokitus jahuippu/syöttövirta- käynnistysluku määrittää koskettimien koon moottori- ja solenoidilinjoissa
- Jännite, AC tai DC ja vaadittu eristys
- Onko linja suojattu ja onko suojan pyörivä kaapelin mukana vai päätyttävä koteloon
Jos jatkuvat ja huippuvirrat sekoittuvat, tuloksena oleva malli joko käy kuumana tai yli{0}}määritetään tarpeellista korkeammalla hinnalla.
2. Määritä signaali- ja tietotyypit tarkasti
"Sen täytyy kuljettaa signaaleja" ei ole eritelmä. Tunnista kunkin linjan protokolla, nopeus ja sähköstandardi. Yleisiä tapauksia ovat analogiset 0–10 V tai 4–20 mA anturilähdöt, RS-485- tai CAN-väylä, Profinet, EtherCAT, 100Base-TX, 1000Base-T, video (HD-SDI, analoginen komposiitti, GigE Vision) tai RF.
Etenkin Ethernet ei ole yksittäinen määritys. 100 Mbps Fast Ethernetille suunniteltu liukurengas ei välttämättä mene läpiGigabit Ethernetpyörivällä kosketinradalla ilman sisäistä impedanssin ohjausta, ohjattua ylikuulumista parien välillä ja riittävää suojausta. Lähetysvaatimukset on määriteltyIEEE 802.3 -standardi, ja liukurenkaan, jota ei ole luonnehdittu näiden vaatimusten mukaisesti, ei voida olettaa tukevan linkkiä.
Tekninen huomautus: reititä Ethernet-parit pois moottori- ja solenoidipiireistä aina, kun kanavaasettelu sen sallii. Kun sekoittamista ei voida välttää, suojausstrategiasta tulee kriittinen suunnitteluvaihtoehto - katso tämä käytännön yleiskatsaussuojausratkaisut liukurengassignaalin siirtoon.
3. Vahvista nopeus ja käyttöjakso
Liukurenkaat on tyypillisesti mitoitettu jatkuvalle kierrosluvulle, mutta käyttösuhde määrää käyttöiän. Kone, joka pyörii nopeudella 20 RPM jatkuvasti, 24/7, kerää enemmän kierroksia vuodessa kuin 300 RPM järjestelmä, joka käy tunnin päivässä. Tarjoa:
- Suurin ja tyypillinen kierrosluku
- Jatkuva vs katkonainen toiminta
- Suunta (yksi{0}} tai kaksisuuntainen)
- Odotetut kokonaiskäyttötunnit tai kokonaiskierrokset käyttöiän loppuun asti
4. Määritä mekaaninen kirjekuori
Luettele kaikki mekaaniset rajoitteet, joita liukurenkaan tulee noudattaa: ulkohalkaisija, kokonaiskorkeus, vaadittava läpimeno-reiän koko, jos sellainen on, asennusliitäntä, kaapelin ulostulosuunta ja pituus, liitinasetukset ja roottorin sallittu vääntömomentti. Jos pystysuora tila on tiukka, apannukakun liukurengasteräsharjakontakti voi olla parempi istuvuus kuin pinottu lieriömäinen malli.
5. Kuvaile ympäristöä
Käyttölämpötila-alue, kosteus, pöly, huuhtelu, tärinä, isku, korkeus ja syövyttävä ilmapiiri vaikuttavat kaikki materiaalin valintaan, tiivistykseen ja koskettimien yhdistämiseen. Vaadittu tunkeutumissuoja tulee ilmoittaa kohdassa määriteltynä IP-koodinaIEC 60529; Katso tästä kontekstista, mitä kukin numero tarkoittaa käytännössäliukurenkaan IP-luokitusten tulkinta.
6. Päätä normaalin ja mukautetun aikaisen välillä
Vakioluettelomalli on nopeampi toimittaa ja halvempi. Amukautettu liukurengason perusteltua, kun mekaanista verhoa, piirisekoitusta tai ympäristöä ei voida palvella varastoosalla -, mikä on usein tilanne kompakteissa, sekatehoisissa-ja -signaalirakenteissa. Kompromissi-käsitellään tarkemmin tässä artikkelissavakio vs mukautetut liukurenkaat.
Valinnan tarkistuslista
Ennen kuin lähetät tarjouspyynnön, varmista, että voit vastata jokaiseen tämän luettelon kohtaan:
- Piirien lukumäärä, eriteltynä toiminnon mukaan
- Jokaiselle piirille: jatkuva virta, huippu/syöttövirta, jännite, AC tai DC
- Signaaliprotokollat ja -nopeudet (enkooderityyppi, kenttäväylä, Ethernet-nopeus, videostandardi, RF-taajuus)
- Suojaus- ja maadoitusvaatimukset piiriä kohti
- Suurin kierrosluku, tyypillinen kierrosluku, käyttösuhde, suunta
- Tavoite käyttöikä tunneissa tai kierroksissa
- Ulkohalkaisija, kokonaispituus, läpi-reiän koko, asennustapa
- Kaapelin lähtösuunta, kaapelin pituus, liittimen tyyppi
- Käyttölämpötila-alue
- Vaadittu IP-luokitus IEC 60529:n mukaan sekä mahdollinen pesu tai altistuminen kemikaaleille
- Tärinä- ja iskuympäristö
- Vaatimustenmukaisuus (UL, CE, armeija, lääketiede jne.)
Toiminut esimerkki: Pyörivä tarkastusalusta teholla ja Gigabit Ethernetillä
Alla olevat parametrit ovat havainnollistavia - ne kuvastavat usein näkemäämme kokoonpanoa yksittäisen asiakasprojektin sijaan.
- Sovellus:Jatkuvasti pyörivä optinen tarkastustorni, sisätilojen puhdastila{0}}viereinen alue
- Roottorin hyötykuorma:Teollisuuskamera, rengasvalo, ohjauskortti, ympäristön lämpötila-anturi
- Piirit:2 × 5 A jatkuva tasavirta (24 V), 1 × Gigabit Ethernet (4 kierrettyä paria), 2 × digitaalinen I/O, 1 × termoparitulo
- RPM:60 RPM jatkuva, kaksisuuntainen
- Käyttömäärä:22 tuntia päivässä, 6 päivää viikossa
- Mekaaninen kirjekuori:50 mm käytettävissä oleva pinokorkeus, 25 mm läpireikä- pneumaattiselle linjalle
- Ympäristö:15-30 astetta, vähän pölyä, ei pesua, IP54 riittää
- Tavoite käyttöikä:Vähintään 8 000 tuntia ennen huoltotoimenpiteitä
Sopiva kokoonpano on läpivienti-porattu teräsharjan liukurengas, jossa Ethernet-parit on reititetty omistetuille, sisäisesti suojatuille kanaville, jotka on erotettu 24 V:n tehorenkaista. Termoparilinja on ryhmitelty matalan-tason signaalien kanssa kotelon vastakkaiselle puolelle tehorenkaita vastaan. Harjan materiaali on arvokasta-metalliseosta signaalipuolella ja raskaampaa-paritusta kahdessa tehorenkaassa.
Tämä esimerkki ei havainnollista sitä, että teräsharjakosketin "tukee Ethernetiä" yleensä -, vaan tietty kanavaasettelu, suojaussuunnitelma ja materiaalipari on suunniteltava, jotta linkki toimii jatkuvasti pyörivän koskettimen yli.
Yleisiä määrittelyvirheitä
- Käsittelypiirien lukumäärä on ainoa luku.Kahdella 12-piiriisellä liukurenkaalla voi olla täysin erilainen käyttöikä, jos toinen on mitoitettu kytkentävirtaa varten ja toinen ei.
- "Ethernet" määrittäminen ilman nopeutta.100Base-TX ja 1000Base-T asettavat erilaiset vaatimukset impedanssin ohjaukselle ja ylikuulumiselle liukurenkaassa.
- Ympäristön aliarvioiminen.Pöytäprototyypissä toiminut osa voi epäonnistua kuukausissa, kun se on asennettu jäähdytysnestesumun lähelle tai ulkokoteloon päivittäisten kondensaatiojaksojen aikana.
- Olettaen, että vakiomalli asennetaan.Kaapelin ulostulosuunta, liittimen tyyppi ja vääntömomentti sulkevat usein pois ilmeisen luettelon vastaavuuden.
- Oletuksena teräsharja korkean{0}}virtavirran saamiseksi.Raskas-yksivirtainen satojen ampeerien virtapiiri on useimmissa tapauksissa edelleen hiiliharja-alue.
FAQ
K: Ovatko teräsharjan liukurenkaat parempia kuin hiiliharjan liukurenkaat?
V: Kumpikaan ei ole yleisesti parempi. Teräsharjakoskettimen etuna on signaalin puhtaus, tiiviys, vähäinen huolto ja puhdas toiminta. Hiiliharjakoskettimella on etu raskaassa yksi-piirivirrassa ja kustannustehokkuudessa puhtaan tehon-siirtosovelluksissa. Oikea vastaus riippuu piiriyhdistelmästä, ympäristöstä ja palveluodotuksista.
K: Voiko teräsharjan liukurengas lähettää Ethernetiä?
V: Kyllä, kun liukurengas on suunniteltu sitä varten. Yleiskäyttöisen-mallin ei voida olettaa välittävän Gigabit Ethernetin standardille. Sisäinen kanavaasettelu, impedanssin ohjaus, parien erottaminen ja suojaus on suunniteltava IEEE 802.3 -siirtovaatimusten mukaisesti, ja yksikkö tulee testata näiden vaatimusten mukaisesti ennen sen käyttöönottoa kriittisellä linkillä.
K: Kuinka kauan teräsharjan liukurengas kestää?
V: Käyttöikä määräytyy kokonaiskierrosten, virtapiirin, kosketusmateriaalin pariliitoksen, ympäristön ja kuormitusprofiilin perusteella. Tyypilliset signaali{1}}luokan mallit on määritelty kymmenille miljoonille kierroksille, ennen kuin kosketusresistanssi poikkeaa vaatimuksista. raskaasti kuormitetut tehorenkaat kuluvat nopeammin. Pyydä toimittajaltasi aina käyttöikää, joka on sidottu todelliseen käyttöikään, ei yleistä "pitkän käyttöiän" väitettä.
K: Mitä virtaa teräsharjan liukurengas voi käsitellä?
V: Piirikohtaisesti teräsharjamallit ovat mukavimpia matalan{0}} ja keskisuuren-virran alueella -, tyypillisesti jopa muutamassa kymmenessä ampeerissa yhtäjaksoisesti yhdellä vakiokokoisella renkaalla. Suuremmat virrat käsitellään rinnakkaisilla renkailla samassa kotelossa. Jos mallisi tarvitsee satoja ampeeria yhteen piiriin, hiiliharja tai erikoiskosketin on yleensä edullisempi.
K: Onko teräsharjan liukurenkaiden huolto-ilmaista?
V: Tehokas huolto-vapaa on lähempänä totuutta kuin kirjaimellisesti huoltovapaa-. Kosketin kuluu, vain hitaasti ja vapauttamatta hiilipölyä. Useimmat asennukset eivät vaadi määräaikaishuoltoa tuhansiin tunteihin, mutta tarkastus suositellulla huoltovälillä on silti osa vastuullista luotettavuussuunnitelmaa.
K: Mitä eroa on teräsharjan liukurenkaalla ja kuituharjan liukurenkaalla?
V: Termejä käytetään usein vaihtokelpoisina. "Kuituharja" korostaa yleensä erittäin hienoja -säikeisiä kosketinnippuja, jotka ovat usein arvokasta-metalliseosta ja joita käytetään signaali-laatupiireissä. "Wire harja" on laajempi termi, ja se sisältää sekä signaalin -luokan että raskaamman{6}}käytön toteutukset.
K: Milloin minun pitäisi valita hiiliharjan liukurengas sen sijaan?
V: Valitse hiiliharja, kun sovellusta hallitsee korkea yksipii
K: Tarvitsenko vakio- vai mukautetun teräsharjan liukurenkaan?
V: Jos piiriseos, mekaaninen kuori ja ympäristö sopivat luetteloon, vakioosa on nopeampi ja halvempi. Jos jokin näistä rajoituksista on epätavallinen - tiukka pinokorkeus, sekoitettu teho-ja-Ethernet-piiriluettelo, erityinen liitin ja kaapelin ulostulo - mukautettu malli antaa paremman tuloksen. Yksinkertainen tapa päättää on täyttää yllä oleva valinnan tarkistuslista ja tarkistaa, jääkö jokin rivikohta vakioluettelon ulkopuolelle.