Вращающиеся компоненты широко распространены в системах перемещения — манипуляторы роботов, моталки, катушки, шпиндели и поворотные столы — это лишь несколько примеров. И хотя создать вращательное движение несложно, когда воздух или жидкости необходимо передать от стационарного источника питания к вращающемуся компоненту для охлаждения, нагрева, смазки или передачи энергии жидкости, задача усложняется. Вот тут-то и вступают в дело ротационные союзы.

Поворотные соединения обеспечивают интерфейс, который позволяет передавать текучие среды — воздух, пар или жидкость — между вращающимся компонентом и неподвижным компонентом. Они предназначены для работы в самых разнообразных средах, включая очень высокие и низкие температуры, потоки и давления, в том числе в вакууме. И в отличие от других механизмов перекачки жидкости, поворотные соединения подходят для применений, требующих любой комбинации углов поворота, включая непрерывное вращение в одном направлении.

Поворотные соединения называются по-разному, включая вращающиеся соединения, поворотные шарниры, поворотные вертлюги и поворотные муфты.

Существует множество конструкций и конфигураций поворотных соединений — на самом деле, они часто разрабатываются специально для конкретного применения, — но все поворотные соединения состоят из четырех основных частей: корпуса, одного или нескольких подшипников, вала и одного или нескольких уплотнений.

Корпус обычно является стационарной частью и подключается к источнику питания. Вал не зависит от корпуса и вращается вместе с подключенным поворотным оборудованием. Среда может проходить через штуцер радиально или аксиально через отверстия в корпусе. Вращающаяся часть поддерживается радиальными подшипниками — обычно одним или несколькими полностью герметичными шарикоподшипниками с глубокими канавками.

Наиболее важным компонентом поворотного соединения, пожалуй, является уплотнительный механизм, который предотвращает или уменьшает утечку между вращающимся и неподвижным компонентами и должен обеспечивать минимальное трение и износ. Типы уплотнений варьируются от простых торцевых уплотнений до более сложных подпружиненных механических уплотнений, которые автоматически регулируются для минимизации давления на торцы уплотнений, снижая трение и износ.

Конечно, в идеале перекачка жидкости должна быть без утечек, но в некоторых случаях полностью герметичная перекачка невозможна. В этих случаях выброс носителя в окружающую среду предотвращается системой сбора, которая восстанавливает утечку носителя, защищая окружающее оборудование и персонал.

Это видео от Dynamic Sealing Technologies Inc. демонстрирует, как поворотные соединения передают жидкость между вращающимся и неподвижным компонентом, с примерами их использования в различных отраслях промышленности.

Независимо от того, выбираете ли вы стандартное, готовое к использованию поворотное соединение или разрабатываете изделие на заказ, следует учитывать следующие факторы:

Тип среды особенно важен, поскольку материалы корпуса, вала и уплотнения должны быть совместимы с жидкостью, протекающей через штуцер. Текучие среды могут варьироваться от воды до высококоррозионных жидкостей и пара, и производители решают проблемы каждой из них, предлагая широкий ассортимент материалов не только для корпуса и вала, но и для уплотнений.

Несмотря на то, что наиболее распространены одно- и двухпоточные конструкции, поворотные патрубки могут включать в себя несколько независимых каналов подачи, которые позволяют одновременно перекачивать различные среды без смешивания. Это также характерно дляскользящие кольца или волоконно-оптические поворотные соединения, которые интегрируются с поворотными соединениями, обеспечивая прохождение как жидкостей, так и электрических или волоконно-оптических кабелей.

В системах управления движением поворотные соединения можно найти в шарнирах роботов, особенно для подачи воздуха или жидкости к инструменту на конце рычага. Они также используются для передачи вакуума или давления воздуха через ступени вращающихся пневмоподшипников, а также для подачи охлаждающей жидкости и смазки к шпинделям станков.

Автор изображения: Moog