Подробное Описание
Физика кручения — почему стандартные кабели выходят из строя
Стандартный гибкий кабель — даже сверхгибкий кабель с номиналом для кабеленесных цепей — рассчитан на изгиб в одной плоскости. При приложении изгибающего усилия жилы на внешней стороне изгиба растягиваются (натяжение), а на внутренней — сжимаются. Схема скрутки кабеля (обычно S или Z, одно направление) приспосабливается к этому, позволяя жилам скользить относительно друг друга внутри скрученного сердечника.
Кручение принципиально иное. Когда кабель скручивается вокруг своей продольной оси:
- Жилы на внешней стороне кабеля следуют по винтовой траектории — более длинной, чем прямая осевая линия
- Жилы ближе к центру следуют по более короткой траектории — ближе к оси вращения
- Разница в длине пути означает, что внешние жилы растягиваются (натяжение), а внутренние сжимаются — одновременно, по всей окружности
Скрутка SZ — решение для кручения
Скрутка SZ чередует направление винтовой скрутки вдоль длины кабеля, переключаясь между S и Z скруткой на повторяющихся участках по 0,5–1,0 метра:
| Участок | Направление скрутки | Реакция жил |
|---|---|---|
| Участок 1 | S-скрутка (левая винтовая) | Сжимается при закручивании по часовой стрелке |
| Участок 2 | Z-скрутка (правая винтовая) | Растягивается при закручивании по часовой стрелке |
| Участок 3 | S-скрутка | Сжимается |
При закручивании кабеля по часовой стрелке участки S затягиваются (жилы сжимаются), а участки Z ослабляются (жилы растягиваются). Чистое напряжение на любой конкретной жиле приблизительно равно нулю — сжатие на участке S компенсирует натяжение на участке Z, интегрированное по длине жилы.
Антискручивающие наполнители выполняют две функции:
- Они заполняют промежутки между жилами, предотвращая миграцию жил в пустоты при кручении
- Они обеспечивают силу упругого восстановления — когда кручение снято, накопленная упругая энергия наполнителей возвращает кабель в нейтральное, некручёное положение
Угол кручения против оси робота — какой номинал вам нужен?
| Ось робота | Движение | Типовой угол кручения | Рекомендуемый номинал кабеля |
|---|---|---|---|
| Ось 1 (поворот основания) | Вращение, только изгиб | 0° (без кручения кабеля) | Сверхгибкий изгиб, не кручение |
| Ось 2 (плечо) | Только изгиб | 0° | Сверхгибкий изгиб |
| Ось 3 (локоть) | Изгиб, незначительное кручение | ±30° | Сверхгибкий изгиб + кручение |
| Ось 4 (вращение запястья) | Непрерывное вращение | ±180° | Номинал по кручению ±180°/м |
| Ось 5 (качание запястья) | Изгиб + умеренное кручение | ±90° | Номинал по кручению ±180°/м |
| Ось 6 (поворот запястья) | Непрерывное вращение со сменой инструмента | ±270° (со сменой инструмента) | Номинал по кручению ±270°/м |
Сегменты кабеля для осей 4, 5 и 6 — это места, где кабель с номиналом по кручению обязателен — стандартный гибкий кабель выйдет из строя в течение недель в этих местах.
Производство торсионных кабелей Yichi
- Шаг скрутки SZ, согласованный с номиналом по кручению: длина участков S/Z (0,5–1,0 м) согласована с ожидаемым углом кручения и диаметром кабеля. Отношение длины участка к шагу скрутки кабеля — критический конструктивный параметр — проверяется в каждом производственном цикле
- Инженерный подбор материала антискручивающих наполнителей: наполнители — не типовой PU — они составлены с конкретной твёрдостью по Шору (обычно 70–85 A) и модулем упругости для обеспечения правильной силы восстановления для диаметра кабеля и ожидаемого угла кручения
- Скользящий слой между сердечником и оболочкой: тонкая внутренняя оболочка TPE действует как плоскость скольжения между скрученными жилами и наружной оболочкой PUR. Без этого слоя оболочка связывается с внешними жилами и ограничивает их торсионное движение — концентрируя напряжение вместо его распределения
- Испытание на кручение с осевой нагрузкой: испытание на кручение проводится с кабелем под заданной осевой нагрузкой (обычно 50–100 Н для робототехнических кабелей) для имитации установленного состояния, когда кабель находится под лёгким натяжением от собственного веса и удерживающей силы разъёма