Поворотный шарнир с крутящим моментом на 360°, прокладка кабеля и ограничения поворота

Поворотный шарнир может плавно совершать полный оборот на верстаке, после чего после установки натягивает проводку. Сам шарнир при этом не обязательно изменился. Кабель теперь соединяет неподвижный корпус и вращающийся элемент, и это относительное движение должно куда-то уходить.

Прокладка кабеля в шарнире с поворотным моментом должна быть спроектирована с учетом допустимого перемещения кабельного узла. Сама по себе спецификация механического хода на 360° не определяет, на какой угол может поворачиваться данный узел, как часто он может менять направление вращения и может ли он продолжать вращаться в одном направлении.

В первую очередь — последовательность вращения

Начните с того, что оператор действительно может сделать. Панель, которая поворачивается в любую сторону и возвращается по тому же пути, создаёт иные проблемы с кабелями, чем приспособление, которое можно многократно поворачивать в одном направлении. Оба варианта могут быть обозначены на чертеже как “поворот на 360°”.”

Укажите как направление, так и угол. Формулировка “возвращается вперед” является неоднозначной, поскольку оператор может добраться до передней части, обойдя сзади. Разграничивайте возвращение по тому же пути и выполнение очередного оборота.

Для непрерывного вращения с передачей электроэнергии одним из возможных интерфейсов является контактное кольцо. Обзор контактных колец компании Moog объясняет, как эти устройства обеспечивают передачу энергии и сигналов между стационарными и вращающимися конструкциями. Выбор по-прежнему зависит от номинальных характеристик цепи, протокола передачи данных, рабочей скорости, доступного пространства и условий эксплуатации. Не следует предполагать, что поворотный шарнир с передачей крутящего момента обладает этой функцией.

Конструкция системы управления кабелями с конечным ходом может обеспечивать заданное количество оборотов. При этом речь идет об ограниченной системе: необходимо определить её допустимый ход, последовательность возврата в исходное положение и пределы. “Более одного оборота” и “неограниченное вращение” — это разные требования.

При наличии центрального отверстия все равно остается участок, подверженный скручиванию

Прокладка вблизи оси вращения позволяет уменьшить пространство, охватываемое жгутом. Однако это не устраняет относительное вращение между неподвижными и подвижными концами кабеля. Даже кабель, проходящий точно через ось, может скручиваться, если его концы зафиксированы и не могут вращаться.

Проследите фактический маршрут кабельного жгута от неподвижного корпуса до вращающегося элемента. Определите, в каких местах оболочка закреплена, где кабель может перемещаться и где разъёмы передают нагрузку на оборудование. Эффективный участок скручивания может быть значительно короче общей длины кабеля.

• Удерживающее устройство с фиксированной боковой стенкой: Покажите зажим, втулку или другой элемент, определяющий неподвижный конец подвижного пролета.
• Удерживающее устройство со стороны движения: Укажите, какое приспособление вращается вместе с компонентом, и изолирован ли разъем от перемещения кабеля.
• Промежуточные контакты: Учтите наличие втулок, направляющих, стяжек и кромок внутреннего отверстия, которые могут ограничивать движение или усиливать скручивание.
• Путь сборки: Убедитесь, что разъем с кабелем может пройти через имеющееся отверстие, либо не требует ли последовательность сборки иного способа подключения.

Отверстие, достаточное для прохождения оболочки кабеля, может оказаться слишком малым для его разъема или защитной втулки. Более крупное отверстие также не гарантирует подходящего пути выхода. Кабель может выходить из отверстия под острым углом и многократно изгибаться на одном и том же коротком участке.

Если движение в основном заключается в том, что ремень безопасности для двери шкафа перемещается по дуге открывания, используйте отдельный шарнир дверцы панели управления и направляющая для прокладки кабеля. В случае осевого поворотного движения возникает дополнительный вопрос: как распределяется вращение по закрепленному участку кабеля.

Перед прокладкой трассы установите ориентир сборки

Рабочий нуль и положение нейтрали кабеля при монтаже должны быть указаны на сборочном чертеже. Они не всегда совпадают. Для дисплея может потребоваться асимметричная рабочая дуга, либо его оптимальное положение для просмотра может находиться в стороне от середины хода.

Определите направление обзора, используемое для движения по часовой стрелке и против часовой стрелки. Затем укажите эталонную ориентацию неподвижного корпуса, вращающегося элемента и фиксаторов кабеля. Зафиксируйте в документации любую предусмотренную предварительную скрутку кабеля; в противном случае сборщик может установить внешне правильный жгут, при этом часть его допустимого хода уже будет израсходована.

Панель обращена вперед. Кабель, возможно, уже намотан. Рассмотрим гипотетический дисплей без эффективного ограничителя поворота. Монтажник подключает жгут проводов в предусмотренном нейтральном положении. В ходе настройки дисплей поворачивают на четыре последовательных четверти оборота по часовой стрелке. Он снова оказывается лицом вперед, но соединение между неподвижным и подвижным кабелем накопило один полный оборот. Проверка, основанная исключительно на конечной ориентации дисплея, не выявляет этого изменения. Последующее вращение против часовой стрелки может сбросить общее количество оборотов, но это не гарантирует, что кабель избежал повреждающих локальных деформаций в процессе. Эти углы иллюстрируют историю вращения; они не являются рекомендуемыми пределами натяжения кабеля.

Это примерный инженерный сценарий, а не отчет по проекту заказчика или заявление о результатах испытаний продукта.

Маркировки сборки могут помочь воспроизвести заданную синхронизацию, при условии, что в инструкциях также указано исходное состояние кабеля без скручивания. Сами по себе соответствующие маркировки не позволяют обнаружить дополнительный полный виток, скрытый в жгуте. В инструкциях по техническому обслуживанию следует сохранять ту же систему отсчета при замене панели или жгута.

Для определения номинальных характеристик кабеля необходимо установить условия испытаний

Гибкий кабель не всегда является кабелем, рассчитанным на скручивание. Повторные изгибы, скручивание вокруг оси кабеля и сочетание этих двух факторов предъявляют различные требования к проводникам, экранированию, оболочке и концевым соединениям.

Получите данные о конкретной конструкции кабеля. К соответствующей информации относятся: допустимое скручивание в условиях, указанных поставщиком, радиус динамического изгиба, диапазон рабочих температур при движении и испытательный ход. Технические характеристики ROBOT 909 компании LAPP, например, в таблице кручение указано отдельно от радиусов изгиба при стационарной установке и при гибком использовании. Эти различия имеют значение; указанные значения относятся именно к данному кабелю, а не ко всем жгутам, проложенным через поворотный шарнир.

Если номинальное значение кручения выражается в виде угла на единицу длины, не следует подставлять общую длину жгута. Значение имеет только тот пролет, который фактически доступен для движения, при этом кручение может распределяться по нему неравномерно. Близко расположенный зажим, плотно затянутая втулка или контакт с выходным краем могут привести к концентрации движения. Попросите поставщика кабеля проверить предлагаемое расстояние между креплениями и траекторию, на которой сочетаются изгиб и кручение.

Условия тестирования также ограничивают значение опубликованных результатов цикла. Условия Объяснение компании igus, касающееся испытаний кабелей для робототехники на скручивание описывает заданные интервалы между фиксаторами и амплитуду поворота. Результат, полученный при такой конфигурации, сам по себе не позволяет использовать более короткую или иную по конструкции подвесную систему в компактном поворотном креплении.

Проверьте весь жгут проводов. Кабель питания, экранированный кабель для передачи данных и защитный соединительный проводник могут иметь разную конструкцию и ограничения по перемещению. Установка втулки или затяжка жгута может изменить характер совместного перемещения этих элементов. Если вторая ось наклона использует тот же жгут проводов, учитывайте комбинированные положения, а не проверяйте каждую ось отдельно.

Установите ограничитель в пределах рабочего диапазона кабеля

Допустимый диапазон поворота должен соответствовать ограничениям, налагаемым на жгут проводов, а также ходу шарнира и геометрии окружающих элементов. Определите конечные точки поворота по часовой стрелке и против часовой стрелки на основании задокументированных монтажных данных. Они не обязательно должны быть симметричными.

Установленный упор должен останавливать движение до того, как трос натянется, превысит допустимый уровень скручивания или создаст недопустимую нагрузку на соединитель. Необходимо учитывать отклонения в синхронизации узлов, допуски на расположение фиксаторов, а также любое перемещение после соприкосновения с первым упором. Универсального значения угла, которое следует вычесть из указанного в каталоге хода, не существует.

Удерживающий момент не является ограничителем вращения. Трение может создавать сопротивление движению, при этом позволяя оператору продолжать поворот. Если шарнир оснащён упором, необходимо убедиться, что он предназначен для выполнения функции остановки данного узла. Вопросы, касающиеся нагрузки на конструкционный упор и перебега, рассматриваются в Руководство по проектированию промышленных запорных устройств.

Указатель угла или инструкция по эксплуатации физически не препятствуют выполнению очередного поворота. В случаях, когда защита кабеля зависит от ограниченного диапазона, конструкция оборудования должна предусматривать эффективные средства обеспечения соблюдения этого диапазона в условиях, предусмотренных для его использования и эксплуатации.

Посмотрите, как работает готовый жгут проводов

Прежде чем оценивать ход поворотного устройства, установите кабели соответствующих типов, разъемы, втулки и фиксаторы. Реакция кабеля может способствовать движению в одном направлении и препятствовать ему в другом. Испытание шарнира в «сухом» состоянии не позволит выявить этот эффект.

Обратите внимание на изменения, связанные с положением или историей перемещений:

• Увеличение усилия вблизи одной из конечных точек может свидетельствовать о накоплении скручивания или растяжения на небольшом участке.
• Сдвиг назад в сторону заданного положения после отпускания может свидетельствовать о восстанавливающем моменте кабеля; необходимо также учитывать другие нагрузки на узел.
• Внезапный зацеп, смещение соединителя или сдвиг петли указывают на взаимодействие в трассе, которое может быть скрыто за одним средним значением крутящего момента.

Эти наблюдения служат ориентиром при проведении исследований; ни одно из них само по себе не позволяет установить причину. Сравните контролируемые прогоны с учетом и без учета вклада жгута проводов, если это позволяет испытательная установка, сохраняя неизменными геометрию опоры и другие нагрузки. Используйте метод измерения момента вращения шарнира для определения направления, скорости, времени выдержки и отчитываемого количества.

Увеличение момента затяжки шарнира может уменьшить видимую упругую деформацию, но при этом не изменить чрезмерное натяжение кабеля. Прежде чем использовать более высокое значение момента затяжки для компенсации этого явления, необходимо скорректировать прокладку кабеля или ограничить его перемещение.

Проверить правильность фактической последовательности настроек

Повторное перемещение влево-вправо позволяет проверить лишь поведение данной последовательности. При этом может быть упущено то, что происходит, когда пользователь выполняет несколько регулировок в одном направлении, достигает рабочего положения или повторно подключает жгут проводов в ином положении.

Проверьте готовую сборку с установленными на своих местах крышками, фиксаторами и разъемами. Если прямой обзор затруднен, выберите метод осмотра, позволяющий сохранить геометрию прокладки. Снятие крышки, направляющей жгут проводов, может повлиять на результат.

Перед началом циклических испытаний необходимо определить критерии приемки: допустимые усилия при перемещении и восстановление положения, электрические характеристики или характеристики передачи данных, надежность закрепления разъемов, а также допустимое состояние кабеля. Целевые значения количества циклов, скорости, времени выдержки и температуры должны быть определены на основе предполагаемых условий эксплуатации и данных поставщика. Результаты испытаний на долговечность, полученные только для шарниров, не позволяют определить срок службы жгута проводов.

Если существует вероятность возникновения прерывистых неисправностей, необходимо контролировать соответствующие электрические функции во время движения. Проверка целостности цепи, проводимая только в состоянии покоя, может не выявить прерывание, зависящее от положения, а сама по себе проверка целостности цепи не позволяет подтвердить работоспособность канала передачи данных. Используйте методы электрической проверки, соответствующие установленным цепям.

Любые изменения в конструкции кабеля, его активной длине, ориентации разъема, креплениях или втулке должны стать поводом для пересмотра соответствующих данных. Наличие одинакового номера детали шарнира не означает, что эти конфигурации жгутов являются эквивалентными.

Укажите на чертеже схему прокладки кабеля шарнира с поворотным моментом

Чертеж должен позволить другому сборщику воспроизвести движение, которое вы проверили. Эскиз прокладки кабелей и краткие инструкции обычно оказываются более полезными, чем простое указание “оставить запас длины кабеля”. Укажите следующее:

• Номер ходатайства: Ось, направление обзора, нулевая точка сборки, допустимый ход в каждом направлении, а также наличие или отсутствие ограничения на дополнительные повороты в одном направлении.
• Расположение жгутов: Идентификаторы кабелей и разъемов, фиксированные и подвижные крепления, активный пролет, границы трассировки и предполагаемые условия монтажа.
• Управление перемещениями: Положения остановки и допустимые отклонения, при этом максимальный ход узла должен оставаться в пределах пересмотренных ограничений хода.
• Подтверждающие данные: Действующие технические данные по кабелю и рекомендации по испытаниям сборок, включая используемые последовательности движений и режимы эксплуатации.

После определения этих требований ознакомьтесь с доступными Поворотные петли с крутящим моментом на 360° что касается геометрии крепления, наличия кабельных каналов, характеристик крутящего момента и конфигурации хода. Убедитесь в наличии этих характеристик на чертеже выбранной модели; их не следует выводить из названия категории.

Для запроса по модели приложите отмеченный схематический чертеж маршрута прокладки и укажите, требуется ли для сборки перемещение в определённых пределах или непрерывное вращение. Запросите чертеж рассматриваемой модели и подтверждение соответствующих характеристик. Это даст поставщику конкретные ориентиры для сравнения, при этом пригодность кабеля будет зависеть от указанного жгута и документации по сборке.

Часто задаваемые вопросы о прокладке кабеля и пределе поворота

Может ли шарнир с круговым поворотом на 360° непрерывно вращаться с подключенными проводами?

Только в том случае, если это допускает общая электрическая и механическая конструкция. Обычный жгут проводов, соединяющий неподвижные и вращающиеся компоненты, имеет ограниченный диапазон перемещения. Непрерывное вращение в одном направлении, как правило, требует использования подходящего вращающегося электрического интерфейса или другой конструкции, позволяющей избежать неограниченного скручивания кабеля.

Предотвращает ли центральное отверстие для кабеля скручивание провода?

Нет. Он обеспечивает проход для прокладки кабеля и может уменьшить радиус изгиба жгута, но кабель по-прежнему может скручиваться между закреплёнными концами. Поведение кабеля в установленном состоянии определяется геометрией прохода, эффективной длиной перемещения, конструкцией кабеля и историей вращений.

Сколько оборотов может выдержать трос, рассчитанный на торсионную нагрузку?

Универсального числа витков не существует. Следует руководствоваться конкретными требованиями поставщика кабеля в отношении кручения, рабочей длины, изгиба, температуры и многократных движений. Допустимый угол отклонения и номинальное количество циклов усталости определяют разные пределы; ни один из этих показателей не означает, что кабель может накапливать неограниченное количество витков.

Поможет ли устранить износ кабеля, если повернуть разъем в обратную сторону?

Движение задним ходом по тому же маршруту может уменьшить накопленное скручивание, но не устраняет износ или усталость материала, уже вызванные движением. Трос по-прежнему должен пройти испытания на соответствие требованиям для многократных перемещений и с учётом фактической схемы его крепления.

Должен ли трос находиться в нейтральном положении в середине хода?

Это может быть полезно при симметричном диапазоне движения, но не является универсальным правилом. Требуемая рабочая дуга, геометрия траектории и ограничения поставщика могут диктовать необходимость использования другой ориентации установки. Укажите выбранную систему отсчета и любое предполагаемое предварительное скручивание, чтобы это было соблюдено при производстве и обслуживании.

Может ли дополнительная длина кабеля заменить ограничитель поворота?

Нет. Дополнительная полезная длина может облегчить прокладку трассы в определённых пределах, однако неуправляемый избыток длины может зацепиться или привести к концентрации изгиба. Это не позволяет осуществлять бесконечное вращение в одном направлении. Если конструкция рассчитана на конечный предел перемещения кабеля, этот предел всё равно необходимо соблюдать.