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柔性扁平电缆的设计

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  大多数工程师认为扁平电缆是在计算机外围设备之间运行的廉价布线。然而,并非所有扁平电缆都是相同的。有一种特殊的扁平电缆,在空间效率方面不是唯一的考虑。

  所谓挤压FlexX SIL™电缆是专为运动控制和自动化的灵活性、力量、和空间经济运保费。

  挤出的FLEXX SIL™电缆是一组导线已被包裹在一个FLEXX SIL™夹克的一个特殊的挤压工艺方法。这些电缆最典型的形状因数是平行导体平行的横截面。然而,电缆可以用其他形状挤压,以处理特定的需求,如将其舒适地安装到布线通道中。

  挤压电缆技术是cicoil公司独特的,总部在瓦伦西亚,加利福尼亚。把导体FlexX SIL™夹克的基本技术已使用超过50年的,可以在不同的应用范围从喷气式战斗机的工业运动控制设备。最近的发展是™FlexX SIL制造能力护套电缆连续长度通过使用一个专有的挤压过程(图1)。这降低了成本,提高了精度,并使得可以制造长电缆长度,这与旧方法不实用。这些古老的方法参与FlexX SIL™成型线,和固化产生的电缆长达两天。

  独家的cicoil挤压过程的图像

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  图1:独家cicoil挤压过程中产生的连续长度FlexX SIL™电缆。


  扁平电缆与圆形电缆

  它也是有用的对比化妆挤压FlexX SIL™扁平电缆与建筑典型的圆形“Flex”电缆。圆电缆通常的特点是绝缘电线在一个包里,周围有几层其他材料。该束通常被包裹在纺织材料或聚合物中,以减少电缆移动时的摩擦加热。聚氯乙烯护套围绕这些层。在屏蔽电缆中,有一组附加的层,由另一个低摩擦包层、编织铜和一个PVC或其它耐磨材料选择的整体护套组成。需要注意的一点是这种结构使用多层绝缘和特殊的低摩擦材料,以减少摩擦,因为电缆经历许多重复的循环周期(图2)。

  圆形“柔性”电缆图像

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  图2:圆形“柔性”电缆。

  相比之下,挤出的FLEXX SIL™电缆也可以更有效地使用绝缘材料。它不需要低摩擦带填料由于导体不在FlexX SIL™材料形成外套移动。当弯曲的薄截面的,挤压™FlexX SIL比圆形电缆更灵活。挤压比的圆管的扁平形因子也比圆形电缆散热好,因为给定的体积有更多的表面积。较大的表面积使扁平电缆在给定的温度上升和给定截面导体上具有更高的电流电平。扁平电缆中的导体也有固定的几何形状,使其具有一致性和无变化的电性。导体在挤压FlexX SIL™间距没有电缆的移动变化。因此,电缆阻抗、电感、电容、时间延迟、串扰和衰减都保持不变。同样,电缆中的导体都具有相同的物理和电长度。这,再加上介质的尺寸保持不变,意味着信号偏移和微分之间的时间延迟的信号在电缆保持在最低限度。

  最后,扁平电缆可以形成一个固有的高密度互连系统。扁平电缆的堆积密度比圆形电缆高。事实上,导体可以是可见的FLEXX SIL™挤压简化编码,检查、跟踪电路的故障排除。


  挤压™FlexX SIL与其他扁平电缆

  此外,它是算比较挤压FlexX和其他类型的扁平电缆SIL™电缆。用于计算机外围设备的扁平电缆通常称为带状电缆。它价格便宜,易于终止,因为它的几何形状是标准的。它的导线布置在一个标准音高,绝缘位移连接器(IDC)带状电缆标准的项目。护套材料通常是PVC,虽然一些专用的带状电缆可以用其他材料处理的高或低,增压额定电缆温度或应用需求。

  带状电缆的问题是它不是为重复弯曲而设计的。PVC护套是比较脆的。有专用护套材料具有更大的灵活性,但他们往往缺乏机械韧性和抗腐蚀性化学品。此外,带状电缆仅适用于所有导体(28 AWG)的单线规,限制了它们的使用。

  还有另一种类型的扁平电缆,采用聚四氟乙烯(也被称为聚四氟乙烯®)作为护套材料。这种材料具有低摩擦的声誉,与聚四氟乙烯夹克的目标电缆应用,需要长寿命,尽管反复弯曲循环的声誉。聚四氟乙烯扁平电缆的一个问题是,它们的制造过程会导致电缆的潜在弱点。聚四氟乙烯布线是由两个半空心的聚四氟乙烯材料烧结而成,中间夹有导体(图3)。两个半壳形成的缝是一个弱点,在反复弯曲后最终会断裂。一旦破裂,聚四氟乙烯电缆不能修理,必须更换。

  两个聚四氟乙烯半壳的图像被烧结在一起。

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  图3:两个聚四氟乙烯半壳一起烧结生产电线夹克。

  此外,在聚四氟乙烯护套线不在的地方在护套材料。它们可以从它们的初始位置爬行,或者通过电线末端的连接力被拉出。为了克服这些困难,聚四氟乙烯扁平电缆在电缆上有规律的间隔使用夹子,这给整个设计增加了成本和重量。在直线运动中的应用,例如,这些缺点聚四氟乙烯电缆导致更高的转动惯量的电机来克服,增加系统的振动,和较长的稳定时间,所有这些都会降低系统的性能。

  与此相反的行为,不需要™FlexX SIL挤压电缆夹紧系统由于导体不能爬出FLEXX SIL™包围他们。封装FlexX SIL™也作为一个减震器,阻尼减振。这进一步延长了电缆在剧烈震动和振荡中的应用寿命。当挤压FlexX SIL™电缆有缺口或穿刺,他们自愈。柔性FlexX SIL™橡胶关闭周围小的不连续性。较大的孔或切口可以在现场用RTV进行修补。


  设计考虑

  在重复运动的应用中指定电缆应考虑四个关键品质:允许弯曲半径、在恒定挠曲下的生命周期、包装约束和环境因素。

  挤压FlexX - SIL™电缆的弯曲半径,像任何电缆,取决于使用的电线和电缆导体类型表。一般来说,导体的厚度越细,允许弯曲半径越小。应当指出,然而,竞争的电缆采用聚四氟乙烯外套有一个弯曲半径的两倍挤压FlexX SIL™电缆一样大,因为每个电缆包含相同的导线(图4)。因此,挤压FlexX SIL™电缆可供使用,可能不适用于聚四氟乙烯电缆,他们将在一个更紧凑的空间。

  对挤压电缆弯曲半径的图像™FlexX SIL

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  图4:弯曲挤压FlexX SIL™电缆与聚四氟乙烯护套电缆半径。

  现在大多数工业自动化设备运行24/7,经常使用机器人元件,反复执行严格的动作,有时一天上千次。这些应用程序不仅强调机器的运动部件,而且还强调电气布线。工程师们花了相当长的时间来调整电动搬运车的大小,但往往很少考虑布线是否合适。频繁的结果是,布线不会处理应用的苛刻要求,导致昂贵的过早失效。

  事实上,工业研究表明,布线和布线造成了自动化设备质量和可靠性问题的50%以上。由于这些原因,设计者应该插入一个安全系数,以确保布线满足Flex周期的需求。

  标准布线不会在这些应用程序中持续,因为电缆不是为了连续弯曲而设计的。扁平电缆最适合连续弯曲。他们的导线可以单独弯曲在一个平面上,提供最佳的弯曲寿命。

  电缆的两个主要考虑因素是在电线电缆护套和电缆护套上必须持续很长时间。

  在连续挠曲下,含有多股细规格导线的导体将持续最长时间。例如,标准28 AWG通常由七股36 AWG电线组成,而28 AWG高柔丝由十九股40 AWG电线(甚至更细的量规)组成。较细的基准线材在恒定挠曲下表现出较少的冷加工。最低限度的冷加工使这些电线持续了数以千万计的弯曲周期。

  考虑到含有细绞线的电缆,电缆护套(以及护套如何容纳导线)是下一个弯曲寿命的下一个决定因素。PVC或其他热塑性塑料外套太脆承受连续弯曲,所以大多数高柔性电缆使用PTFE或FlexX SIL™橡胶作为主要的电缆护套。既承受弯曲周期数千万FlexX SIL™橡胶和聚四氟乙烯。然而,FlexX SIL™橡胶是一个更好的选择,使用涉及极其严格的弯曲半径,因为它比PTFE更灵活。

  对™FlexX SIL的另一个好处是,挤压电缆电线导体完全包裹在Flexx SIL™橡胶,与松在一个典型的聚四氟乙烯电缆。松散的导线会互相摩擦,增加摩擦,冷加工,降低电线寿命。聚四氟乙烯电缆往往需要额外的夹紧整个长度,以尽量减少这种影响,从而提高了系统的成本和重量/惯性。相反,挤压个人™电缆的导体FlexX SIL封装优化线生活在连续弯曲应用。

  对cicoil独特的扁平电缆的图像

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  图5:cicoil独特的扁平电缆举行各种导体和可以被塑造成是为特定应用进行优化配置。

  随着公司不断向自动化机器和流程添加功能和功能,空间越来越成为一个因素。工业厂房空间的溢价迫使机器的足迹缩水。其结果往往是在更少的空间中做更多的工作。在这种环境下,布线的设计往往是事后的想法。电缆经常被塞进剩余的空间。然而,通常的结果是小于最佳的,它可能导致不可预见的维护或故障排除问题。

  工程师在设计过程中应该考虑早期布线;不仅要考虑空间考虑,还要考虑装配和可达性标准。一般来说,圆形布线要比扁平电缆占用更多的空间,因为平面布线的几何结构可以节省空间(图6)。然而,在扁平电缆中,并非所有电缆类型都同样具有空间效率。聚四氟乙烯扁电缆,例如,仅限于预先形成的形状,因为电线被插入到'豆荚'由聚四氟乙烯夹克。

  扁电缆与圆电缆的图像

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  图6:扁平电缆比圆形电缆有更大的空间效率。

  其结果可能小于最优,因为设计者仅限于预先存在的电缆配置文件。

  FlexX SIL™挤压电缆,但是,可以用它所包含的导体的尺寸和形状产生正。导体间距可以精确控制,可以™橡胶护套的FLEXX SIL的厚度,给完全尺寸的应用需求。此外,FlexX SIL™挤压电缆可以与任何外部配置文件(图5)。这使得电缆形状可以在特定的空间进行优化。

  FlexX SIL™布线的另一个独特的特点是它的能力,要“形成”为S曲线和其他非线性形状(图7)。这使设计师弯曲电缆周围的障碍,以促进极其紧凑的包装。这种“曲线扁平电缆”在超音速导弹和军用飞机上已经使用多年,以节省空间和重量。它在工业应用中也越来越频繁。

  ™FlexX SIL的图像挤压电缆

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  图7:可以在横向平面上形成一个更大程度上优化空间挤压利用的挤压结构。

  温度指数是指当空气混合物中的氧浓度为20.9%时,材料维持燃烧的温度。一个典型的FLEXX SIL™橡胶基地有大约250°C.挤压FlexX SIL™电缆温度指标是额定工作温度- 65ºC + 260°C(图8)。

  对™FlexX SIL室温弹性图像

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  图8:FlexX SIL™保留室温灵活性等素质在其65˚C + 260˚C操作范围。

  FlexX SIL™保留室温灵活性等素质在其65ºC + 260°C操作范围。此外,为cicoil FlexX SIL™橡胶的线性热膨胀系数极低(约0.00018 / /°F),聚四氟乙烯材料的线性热膨胀系数约为4.7倍(0.00085 / /°F)。这意味着挤压FlexX SIL™电缆将保留其封装尺寸比将聚四氟乙烯电缆在很宽的温度范围内,这可能涉及极为狭小的空间应用是重要的。