حلقه لغزنده چگونه کار می کند؟ اصل، اجزاء و راهنمای انتخاب

یک حلقه لغزش با حفظ یک اتصال الکتریکی بین یک قسمت ثابت و یک قسمت چرخان کار می کند. از حلقه‌های رسانا جفت شده با برس‌ها - یا سایر فناوری‌های تماس - برای انتقال نیرو، سیگنال‌ها یا داده‌ها در حالی که یک طرف سیستم به طور مداوم می‌چرخد، استفاده می‌کند. بدون حلقه لغزنده، هر کابلی که یک مجموعه دوار را به یک قاب ثابت متصل می کند، پیچ خورده، گره خورده و در نهایت می شکند.

این راهنما اصل کار حلقه لغزش را به طور مفصل توضیح می‌دهد، اجزای داخلی را پوشش می‌دهد که باعث کارکرد آن می‌شوند، و نحوه انتخاب حلقه لغزنده مناسب برای نیازهای مختلف الکتریکی و مکانیکی را توضیح می‌دهد.

Slip Ring چیست؟

حلقه لغزشی وسیله ای الکترومکانیکی است که الکتریسیته یا سیگنال هایی را بین یک سازه ثابت و یک سازه دوار منتقل می کند. همچنین به عنوان یک شناخته می شودکانکتور چرخشی الکتریکی، حلقه جمع کننده یا چرخنده برقی.

مشکلی که آن را حل می کند ساده است: وقتی یک دستگاه به طور مداوم می چرخد، سیم کشی استاندارد نمی تواند دنبال شود. یک کابل فقط می تواند تعداد محدودی چرخش را بپیچد قبل از اینکه حرکت را محدود کند یا به طور مکانیکی از کار بیفتد. یک حلقه لغزش یک رابط الکتریکی چرخشی ایجاد می کند که این محدودیت را از بین می برد و به جریان یا سیگنال ها اجازه می دهد بین دو طرف ثابت و دوار به طور نامحدود عبور کنند.

حلقه‌های لغزنده در طیف وسیعی از تجهیزات - ظاهر می‌شوندتوربین های بادیوجرثقیل هابه ماشین‌های بسته‌بندی، آنتن‌های رادار و اتصالات روباتیک. هر سیستمی که نیاز به تداوم الکتریکی از طریق یک محور دوار داشته باشد، کاندیدای حلقه لغزش است.

اصل کار حلقه لغزش: تماس حلقه و برس چگونه کار می کند

اصل کار یک حلقه لغزش سنتی، انتقال الکتریکی مبتنی بر تماس-است. یک قسمت از مجموعه به قاب ثابت متصل می شود. دیگری به شفت یا ساختار دوار متصل می شود. در داخل، رسانابرس ها روی حلقه های رسانا فشار می آورند. همانطور که حلقه می چرخد، برس با سطح خود در تماس باقی می ماند و یک مدار الکتریکی پیوسته را حفظ می کند.

آنچه مهم است این است که برس فشار کنترل شده ای را به حلقه وارد می کند. فشار بسیار کم باعث تماس متناوب و قطع سیگنال می شود. فشار زیاد باعث تسریع سایش و افزایش گشتاور اصطکاک می شود. نیروی تماس برای متعادل کردن قابلیت اطمینان الکتریکی در برابر طول عمر مکانیکی - یک مبادله- طراحی شده است که هم عمر سرویس و هم کیفیت سیگنال را تحت تأثیر قرار می دهد.

گام به گام: در طول چرخش چه اتفاقی می افتد

در اینجا توالی رویدادها در داخل یک حلقه لغزش کار آمده است:

• برق یا سیگنال وارد سمت ثابت می شود.یک سیم سربی جریان یا داده را از قسمت ثابت سیستم به داخل محفظه حلقه لغزنده منتقل می کند.
• برس با حلقه رسانا تماس می گیرد.برس روی سطح حلقه با مکانیزمی-به کمک فنر یا گرانش{1}} فشار می آورد و پیوستگی الکتریکی را حفظ می کند.
• حلقه در حالی که تماس حفظ می شود می چرخد.با چرخش شفت، حلقه زیر برس حرکت می کند. از آنجایی که حلقه یک هادی دایره ای پیوسته است، مدار در هیچ موقعیت چرخشی قطع نمی شود.
• جریان یا داده از طریق رابط{0}} برس حلقه عبور می کند.مسیر الکتریکی از نقطه تماس بین برس و حلقه عبور می کند. مقاومت تماس در این رابط تعیین می‌کند که سیگنال چقدر پاکیزه انتقال - فاکتوری است که برای مدارهای داده بسیار مهم‌تر از توان اولیه است.
• سرب خروجی سیگنال را به سمت چرخان می رساند.مسیر الکتریکی از حلقه تا جزء دوار - ادامه می‌یابد، خواه این یک موتور، حسگر، بخاری، دوربین، رمزگذار یا دستگاه کنترل باشد.

اگر سیستم به چندین مدار مستقل نیاز داشته باشد، حلقه لغزش چندین حلقه را در امتداد محور قرار می دهد که هر یک توسط مواد عایق از هم جدا شده اند. الفاز طریق حلقه لغزش حفره-به عنوان مثال با 12 مدار دارای 12 حلقه جدا شده و 12 برس مربوطه است.

چرا سیم ها بدون حلقه لغزنده از کار می افتند؟

یک پلت فرم دوربین چرخشی را در نظر بگیرید که باید در حین انتقال ویدئو و برق، به طور مداوم 360 درجه بچرخد. یک اتصال مستقیم کابلی با هر چرخشی پیچ و تاب ایجاد می کند. پس از چند صد چرخش، روکش کابل ترک می‌خورد، هادی‌های داخلی خسته می‌شوند و اتصال از کار می‌افتد. یک حلقه لغزش این کابل آسیب پذیر را با یک اتصال الکتریکی دوار جایگزین می کند که از چرخش نامحدود در هر جهت پشتیبانی می کند.

اجزای اصلی یک حلقه لغزنده

مجموعه حلقه لغزنده ممکن است از نظر ظاهری ساده به نظر برسد، اما چندین قسمت با هم کار می کنند تا چرخش پایدار و عملکرد الکتریکی را حفظ کنند.

حلقه های رسانا

هر حلقه رسانا یک مسیر الکتریکی واحد را فراهم می کند. حلقه‌ها از فلزاتی ساخته شده‌اند که برای رسانایی و مقاومت در برابر سایش انتخاب شده‌اند - انتخاب‌های رایج شامل آلیاژهای مس، نقره سکه‌ای و سطوح روکش طلا{2}}. برای طراحی‌های چند مداری، حلقه‌ها در امتداد شفت با موانع عایق بین آنها قرار می‌گیرند، بنابراین هر مدار از نظر الکتریکی ایزوله می‌ماند.

سطح حلقه باید به اندازه کافی صاف باشد تا تغییرات مقاومت تماس را به حداقل برساند، که مستقیماً بر پایداری سیگنال تأثیر می گذارد. در برنامه‌هایی که داده‌های اترنت یا رمزگذار را ارسال می‌کنند، حتی نوسانات کوچک در مقاومت تماس می‌تواند باعث از دست رفتن بسته یا خطاهای خواندن شود.

برس و مواد تماس

برس ها قسمت هایی هستند که به صورت فیزیکی روی حلقه ها سوار می شوند. انتخاب مواد برس بستگی زیادی به آنچه که حلقه لغزنده برای حمل نیاز دارد دارد:

• آلیاژهای فلزات گرانبها(طلا، نقره، پالادیوم) - در مدارهای سیگنال و داده استفاده می‌شود که در آن مقاومت تماس کم و حداقل نویز الکتریکی ضروری است. اینها درحلقه های کپسولیبرای ابزار دقیق و سیگنال های کنترل طراحی شده است.
• گرافیت وبرس کربنکامپوزیت ها- مناسب برای-انتقال توان جریان بالا که در آن خواص روانکاری و دوام خود{2}}بیش از نویز کم اهمیت دارد. اینها معمولی هستندحلقه های لغزنده برس کربنمورد استفاده در تجهیزات صنعتی بزرگ
• برس های الیاف فلزی- سطح متوسطی با نویز متوسط ​​و کنترل جریان خوب ارائه می‌کند که اغلب در برنامه‌های صنعتی متوسط-استفاده می‌شود.

برای مدارهای داده، ارزان‌ترین قلم{0}منظور عمومی اغلب انتخاب اشتباهی است. یک حلقه لغزنده حملسیگنال های اترنتبه مواد تماسی نیاز دارد که مقاومت را پایدار نگه دارد و نویز الکتریکی را به اندازه کافی کم کند تا پهنای باند مورد نیاز را حفظ کند.

حلقه لغزش چه چیزی را می تواند انتقال دهد؟

حلقه های لغزنده به تحویل برق ساده محدود نمی شوند. بسته به طراحی، یک مجموعه می تواند موارد زیر را داشته باشد:

• برق AC یا DC
• سیگنال های کنترل و سنسور
• بازخورد رمزگذار
• اترنت، PROFINET یا سایر داده های شبکه صنعتی
• ویدیوی HD{0}SDI یا آنالوگ
• USB یا ارتباط سریال
• سیگنال های ابزار دقیق-ولتاژ پایین

بعضی هاحلقه های لغزنده سفارشیقدرت، کنترل، داده ها و حتی کانال های پنوماتیک یا هیدرولیک را در یک مجموعه ترکیب کنید. با این حال، هر حلقه لغزشی نمی تواند هر نوع سیگنالی را کنترل کند. واحدی که برای مدارهای قدرت 30 آمپر طراحی شده است، هندسه داخلی، محافظ و مواد تماس متفاوتی نسبت به واحدی که برای اترنت گیگابیتی ساخته شده است، دارد. به همین دلیل، مهندسان باید جریان، ولتاژ، پروتکل سیگنال، نرخ داده، تعداد مدار و محیط عملیاتی را قبل از انتخاب یک حلقه لغزش - تعریف کنند نه بعد از آن.

کاربردهای رایج حلقه لغزش بر اساس صنعت

توربین های بادی

حلقه های لغزش توربین بادیانتقال قدرت و سیگنال بین ناسل در حال چرخش و برج ثابت. آنها معمولاً از موتورهای کنترل گام تیغه، حسگرهای دما، مانیتورهای لرزش،{1}}هیترهای یخ زدایی و سیستم های نظارت بر وضعیت پشتیبانی می کنند. از آنجایی که این حلقه‌های لغزشی در محیط‌های در معرض{3} و ارتفاع بالا با نوسانات دمایی گسترده، مقاومت در برابر خوردگی و فواصل نگهداری طولانی، از عوامل انتخاب حیاتی هستند.

ماشین آلات بسته بندی و فرآوری مواد غذایی

روتاریماشین آلات بسته بندیاز حلقه های لغزشی برای اتصال سنسورها، محرک ها و دوربین های بازرسی روی برجک چرخان به سیستم کنترل اصلی استفاده کنید. در محیط های فرآوری مواد غذایی، حلقه های لغزنده ممکن است نیاز به رعایت استانداردهای بهداشتی - از جمله محفظه های مهر و موم شده و مقاومت در برابر روش های شستشو داشته باشند.

جرثقیل، بیل مکانیکی و تجهیزات سنگین

بوم های جرثقیل دوار وبرجک های بیل مکانیکینیاز به حلقه های لغزنده برای عبور{0}}قدرت جریان بالا و سیگنال های کنترلی از طریق بلبرینگ slew. این برنامه ها به بدنه های ناهموار، تحمل ارتعاش بالا و عملکرد قابل اعتماد تحت بارهای الکتریکی سنگین نیاز دارند.

قرقره کابل

حلقه های لغزنده قرقره کابلاجازه دهید درام باد و باز شود و در عین حال اتصال الکتریکی مداوم به منبع برق را حفظ کنید. بدون حلقه لغزش، حلقه کابل فقط می‌توانست تعداد ثابتی از چرخش را قبل از اینکه سیم‌کشی داخلی منحرف شود بچرخاند.

رباتیک و سیستم های تست خودکار

مفاصل رباتیکی که نیاز به چرخش نامحدود - دارند، مانند محورهای مچ دست در بازوهای صنعتی یا سکوهای دوار در تجهیزات تست خودکار - به حلقه‌های لغزشی فشرده متکی هستند. این برنامه ها اغلب مدارهای قدرت را باUSB، اترنت یا سیگنال های رمزگذار در یک فاکتور کوچک.

تجهیزات تصویربرداری پزشکی

اسکنرهای سی تی یکی از پرکاربردترین کاربردهای حلقه لغزش هستند. زیر بشکهای اشعه ایکس با سرعت زیادی در اطراف بیمار می چرخد ​​و به حلقه لغزش نیاز دارد تا هم قدرت بالا و هم قدرت بالا را منتقل کند.داده‌های سریع-به طور همزمان پایداری مقاومت تماس و نویز کم ضروری هستند زیرا هر گونه کاهش سیگنال می تواند بر کیفیت تصویر تأثیر بگذارد.

Slip Ring در مقابل Commutator

یک انگشتر لغزنده و یکتعویض کنندههر دو شامل کنتاکت های الکتریکی چرخشی هستند، اما اهداف متفاوتی دارند. یک حلقه لغزش یک مسیر الکتریکی پیوسته و ناگسستنی را فراهم می کند - جریان در یک جهت بدون توجه به موقعیت چرخشی جریان دارد. در مقابل، یک کموتاتور تقسیم‌بندی شده است. با چرخش شفت، کموتاتور جهت جریان را در فواصل زمانی مشخص تغییر می دهد، به این ترتیب موتورها و ژنراتورهای DC خاصی بین AC و DC در داخل تبدیل می شوند.

تمایز در عمل اهمیت دارد: اگر نیاز به عبور سیگنال ثابت یا توان ثابت از طریق یک مفصل چرخان دارید، به یک حلقه لغزش نیاز دارید. یک کموتاتور یک وسیله سوئیچ کننده جریان است که در طراحی های خاص موتور و ژنراتور استفاده می شود.

Slip Ring در مقابل Rotary Union

یک حلقه لغزشی توان الکتریکی یا سیگنال ها را منتقل می کند. الفاتصال دوار (همچنین به آن مفصل دوار پنوماتیک یا هیدرولیک نیز گفته می شود)مایعات یا گازهای - روغن هیدرولیک، هوای فشرده، خنک کننده یا آب - را از طریق یک رابط چرخان منتقل می کند.

بسیاری از ماشین ها به هر دو نیاز دارند. برای مثال، یک میز شاخص چرخشی ممکن است به یک اتصال چرخشی برای محرک‌های پنوماتیکی و یک حلقه لغزشی برای سیگنال‌های حسگر و قدرت نیاز داشته باشد. برخی از تولید کنندگان ارائه می دهندمجموعه های هیبریدیکه کانال های الکتریکی و سیال را در یک واحد ترکیب می کند.

چگونه حلقه مناسب را انتخاب کنیم: چک لیست خریدار؟

انتخاب یک حلقه لغزنده تنها به معنای تأیید چرخش آن نیست. واحد باید با الزامات الکتریکی، مکانیکی، محیطی و ارتباطی برنامه خاص مطابقت داشته باشد. قبل از تماس با تامین کننده، مشخصات زیر را آماده کنید.

الزامات برق

• تعداد مدارها (قدرت، سیگنال، داده - جداگانه شمارش می‌شود)
• رتبه بندی جریان در هر مدار
• رتبه بندی ولتاژ
• خواه مدارها برق، سیگنال های آنالوگ، داده های دیجیتال یا ترکیبی را حمل کنند
• الزامات اتصال به زمین و ایزولاسیون الکتریکی

مدارهای با جریان بالا ممکن است به مقاطع حلقوی بزرگتر-، چندین برس اضافی، یا مواد تماس خاص طراحی شده برای مدیریت حرارتی نیاز داشته باشند. سیگنال‌های ابزار دقیق{3}}سطح پایین به طرح‌هایی نیاز دارند که به حداقل برسدنویز الکتریکیو تغییر مقاومت تماسی

سرعت و تناسب مکانیکی

• حداکثر سرعت چرخش (RPM)
• چرخش مداوم یا متناوب
• قطر شفت یا اندازه سوراخ (برایازطریق-طرح های سوراخ دار)
• فضای نصب موجود و جهت نصب
• قرار گرفتن در معرض لرزش و شوک

حلقه لغزشی که در 10 دور در دقیقه عملکرد خوبی دارد ممکن است در 300 دور در دقیقه دوام نیاورد.حلقه های لغزش سریع-نیاز به کالیبراسیون فشار برس متفاوت، تعادل دینامیکی و گاهی اوقات فناوری های تماس کاملاً متفاوت دارند.

محیط زیست و حفاظت

شرایط عملیاتی به شدت بر عملکرد و عمر مفید تأثیر می گذارد. تأسیسات در فضای باز، کارخانه‌های غبارآلود، محیط‌های مرطوب ساحلی و مناطق شستشو هر کدام سطوح حفاظتی متفاوتی را می‌طلبند.

راسیستم رتبه بندی IP (محافظت از ورود) که توسط IEC 60529 تعریف شده استطبقه بندی می کند که یک محفظه چقدر در برابر نفوذ گرد و غبار و آب مقاومت می کند. به عنوان مثال، یک حلقه لغزنده دارای رتبه IP65، گرد و غبار- محکم است و در برابر جت‌های آب محافظت می‌شود - مناسب برای محیط‌های خارج از منزل یا شستشو. برای کاربردهایی که شامل غوطه ور شدن یا آلودگی شدید است، حتی ممکن است حفاظت بالاتری لازم باشد.

یکپارچگی داده و سیگنال

اگر حلقه لغزش باید داده ها را حمل کند، الزامات طراحی فراتر از رسانایی اولیه است. عوامل مهم عبارتند از:

• پروتکل داده (اترنت، PROFINET، EtherCAT، USB، سریال)
• پهنای باند و نرخ داده مورد نیاز
• سپر و کنترل امپدانس
• تداخل بین کانال های مجاور
• تماس با پایداری مقاومت در طول چرخش کامل

مدارهای داده و سیگنال هرگز نباید مانند مدارهای اصلی قدرت در هنگام انتخاب حلقه لغزشی رفتار شوند. انتخاب ضعیف منجر به خطاهای ارتباط متناوب، افت خوانش حسگر، و بازخورد کنترل غیرقابل اعتماد - مشکلاتی می‌شود که تشخیص آنها در این زمینه پرهزینه است.

مشکلات رایج و نحوه پیشگیری از آنها

حلقه های لغزنده به تماس فیزیکی متکی هستند، بنابراین با گذشت زمان دچار سایش می شوند. رایج ترین مسائل شامل نویز الکتریکی، تماس متناوب، افزایش مقاومت، ورود آلودگی، تخریب برس، و ناهماهنگی مکانیکی است.

برای تمدیدعمر مفید حلقه لغزندهو قابلیت اطمینان را حفظ کنید:

• کار در محدوده نامی جریان، ولتاژ، و محدودیت سرعت - بارگذاری بیش از حد، سایش برس را تسریع می‌کند و می‌تواند باعث ایجاد قوس شود.
• دستگاه را از گرد و غبار، رطوبت و مواد خورنده متناسب با درجه IP آن محافظت کنید.
• اطمینان حاصل کنید که تراز مناسب شفت - باعث سایش ناهموار برس و تماس متناوب می شود.
• طراحی حلقه لغزنده را با نوع سیگنال مطابقت دهید. استفاده از-رینگ لغزشی درجه یک برای داده‌های با سرعت بالا یک اشتباه رایج و پرهزینه است.
• برای بازرسی و تعویض برس، برنامه تعمیر و نگهداری سازنده را دنبال کنید.

بسیاری از خرابی‌های حلقه لغزش به عدم تعیین بار الکتریکی، نادیده گرفتن محیط عملیاتی، یا انتخاب طرحی که مطابق با الزامات سیگنال نیست، بازمی‌گردد. شروع با مشخصات دقیق از اکثر مشکلات جلوگیری می کند.

سوالات متداول

هدف اصلی اسلیپ رینگ چیست؟

یک حلقه لغزش توان الکتریکی، سیگنال ها یا داده ها را بین یک سازه ثابت و یک سازه در حال چرخش منتقل می کند. نیاز به کابل هایی را که در حین چرخش مداوم بپیچند و بشکنند را از بین می برد.

چگونه یک حلقه لغزش برق را منتقل می کند؟

در طراحی سنتی، برس‌های رسانا بر روی حلقه‌های رسانای دوار فشار می‌آورند. برس تماس لغزشی را با سطح حلقه حفظ می کند و مدار الکتریکی را با چرخش شفت کامل نگه می دارد.

آیا یک حلقه لغزنده می تواند اترنت و برق را به طور همزمان انتقال دهد؟

بله. بسیاری از حلقه های لغزش کانال های برق و داده را در یک مجموعه ترکیب می کنند. با این حال، طراحی باید محافظ بین مدارهای برق و داده، تطبیق امپدانس برای پروتکل داده و کافی باشد.محافظ سیگنالبرای جلوگیری از تداخل

یک حلقه لغزش چند مدار می تواند داشته باشد؟

حلقه های لغزش استاندارد بسته به طراحی از 2 مدار تا بیش از 100 مدار متغیر است.شمارش مداربر طول و قطر کلی مجموعه تأثیر می گذارد، بنابراین باید در برابر فضای نصب موجود متعادل باشد.

چه چیزی باعث ایجاد نویز الکتریکی در یک حلقه لغزش می شود؟

نویز الکتریکی ناشی از وقفه‌های میکرو{0}}در سطح تماس برس{1}}رینگ است. آلودگی، فرچه های فرسوده، فشار نامناسب برس و مواد تماس نامناسب همگی باعث افزایش صدا می شوند. برای سیگنال های حساس، تماس با فلزات گرانبها و مناسبشرطی سازی سیگنالنویز را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

تفاوت بین یک حلقه لغزش کپسولی و یک حلقه لغزنده از طریق سوراخ- چیست؟

A حلقه لغزش کپسولیک واحد جمع و جور،-خود دارای یک محور بیرون زده - ایده آل برای ابزارهای کوچک، سیستم های دوربین مدار بسته و روباتیک است. یک حلقه لغزنده با سوراخ-(از طریق-سوراخ) دارای یک مرکز توخالی است که در اطراف یک شفت موجود قرار می‌گیرد یا به کابل‌ها و خطوط پنوماتیک اجازه عبور می‌دهد و این امر در تجهیزات صنعتی و نظامی بزرگ‌تر رایج است.

آیا رینگ های لغزنده با برق AC و DC کار می کنند؟

بله. حلقه های لغزنده را می توان برای انتقال برق AC یا DC طراحی کرد. درجه بندی ولتاژ، جریان و عایق باید برای کاربرد خاص تأیید شود.

علت خرابی حلقه لغزش چیست؟

شایع‌ترین دلایل سایش برس ناشی از سرعت یا جریان نامی بیش از حد، آلودگی ناشی از گرد و غبار یا رطوبت، خوردگی در محیط‌های محافظت‌نشده، ناهماهنگی مکانیکی، و استفاده از یک حلقه لغزشی عمومی-برای سیگنال‌های داده‌ای است که برای کنترل آن طراحی نشده است.

آیا یک حلقه لغزش می تواند به طور مداوم بچرخد؟

بله. حلقه های لغزنده به طور خاص برای پشتیبانی از چرخش مداوم یا مکرر در هر جهت و در عین حال حفظ اتصال الکتریکی طراحی شده اند.

نتیجه گیری

یک حلقه لغزش با ایجاد یک مسیر الکتریکی پیوسته بین قطعات ثابت و دوار از طریق تماس حلقه کنترل شده برس- کار می کند. این اصل ساده است، اما انتخاب حلقه لغزش مناسب برای تجهیزات واقعی نیاز به توجه دقیق به جریان، ولتاژ، تعداد مدار، نوع سیگنال، سرعت چرخش، فضای نصب و محیط کار دارد.

اگر برای ماشین یا محصولی یک حلقه لغزش مشخص می کنید، قبل از مقایسه گزینه ها، نیازهای الکتریکی و مکانیکی خود را آماده کنید. هرچه برنامه را با دقت بیشتری تعریف کنید، انتخاب یک حلقه لغزنده که در طول عمر کامل آن به طور قابل اعتمادی کار می کند آسان تر است. برای برنامه‌هایی با نیازهای غیرمعمول - ترکیبی از توان و داده، محیط‌های شدید، تعداد مدارهای بالا، یا عوامل شکل سفارشی -مشاوره مستقیم با تیم مهندسی سازندهموثرترین راه برای یک راه حل قابل اعتماد است.