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工業(yè)機械用滾動(dòng)軸承未來(lái)發(fā)展
- 分類(lèi):行業(yè)動(dòng)態(tài)
- 作者:
- 來(lái)源:軸承工業(yè)
- 發(fā)布時(shí)間:2022-10-24
- 訪(fǎng)問(wèn)量:
【概要描述】
工業(yè)機械用滾動(dòng)軸承未來(lái)發(fā)展
【概要描述】
- 分類(lèi):行業(yè)動(dòng)態(tài)
- 作者:
- 來(lái)源:軸承工業(yè)
- 發(fā)布時(shí)間:2022-10-24
- 訪(fǎng)問(wèn)量:
作者:EtsuHARIMA
翻譯:洛陽(yáng)LYC軸承有限公司技術(shù)中心張藝
摘要:
NTN根據工業(yè)機械市場(chǎng)各種應用的需要提供多種尺寸的軸承產(chǎn)品。這些輸承包括用于電子設備的外徑為幾毫米的超小型軸承,以及用于風(fēng)力渦輪機和大型采礦機械的外徑為兒米的超大型軸承。除了現有的建筑機械,農業(yè)機械和機床等“核心”工業(yè)市場(chǎng)客戶(hù)外,與社會(huì )基礎設施相關(guān)的客戶(hù)業(yè)務(wù)也在增加。隨著(zhù)社會(huì )結構的變化和對環(huán)境間題認識的提高,飛機、鐵路車(chē)輛和風(fēng)力渦輪機市場(chǎng)的客戶(hù)需求出在增加。因此,NTN開(kāi)發(fā)了相應的工程和生產(chǎn)系統。由于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的進(jìn)步和人工智能(AI)技術(shù)的發(fā)展,預計當前的環(huán)境將發(fā)生重大變化。本報告介紹NTN分析和評估技術(shù)的進(jìn)步,以及NTN提高軸承性能和可靠性的方法。
1引言
在數千年前繪制的埃及圖片中,人們通過(guò)放置在巖石下方的滾子來(lái)運輸若石。這就是滾動(dòng)軸承(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“軸承”)的起源。
人們還認為,文藝復興時(shí)期的藝術(shù)家達芬奇發(fā)明了現代軸承的基本原理和結構。達芬奇繪制的軸承圖與今天使用的軸承結構幾乎相同。
NTN開(kāi)始制造軸承已經(jīng)有大約100年了。外觀(guān)和組件與當時(shí)兒乎相同。然而,由于材料、潤滑劑和加工技術(shù)的進(jìn)步,組件的性能有了顯著(zhù)改善?,F在,軸承是設備不可缺少的機械部件。本文回顧了軸承在鋼鐵制造方法、制造技術(shù)和設計技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展。此外,還介紹了NTN在分析技術(shù)和評估技術(shù)方面的進(jìn)展、以及提高可靠性的舉措。
本文還介紹了通過(guò)集成前胎性軸承技術(shù)、傳感技術(shù)和精確控制技術(shù),以及通過(guò)故障檢測、狀態(tài)監測系統(CMS)和物聯(lián)網(wǎng)的新產(chǎn)品和服務(wù),實(shí)現模塊化和智能化組件的方法。
2過(guò)去的技術(shù)發(fā)展
縱觀(guān)NTN公司的歷史,有無(wú)數的變革顯示出技術(shù)上的卓越。
1934年,NTN開(kāi)發(fā)了飛機軸承,其產(chǎn)品用于100%國產(chǎn)飛機“神風(fēng)”的發(fā)動(dòng)機和機身。這架飛機創(chuàng )造了東京和倫敦之間飛行94小時(shí)17分56秒的世界紀錄。
1964年,雙列圓柱滾子軸承和單列深溝球軸承用作0系列新干線(xiàn)(子彈頭列車(chē))的滑動(dòng)軸承,新干線(xiàn)首次出現在新開(kāi)通的東海道鐵軌上。當時(shí)的日本國家鐵路公司(目前稱(chēng)為日本鐵路公司)對材料的組成部分、熱處理和檢驗條件進(jìn)行了嚴格的檢查和標準化,只有NTN和其他指定公司交付的產(chǎn)品達到要求。
后來(lái),H-1火箭在1986年成功發(fā)射了第一個(gè)試驗飛行器,是第一枚在第二階段100%使用國產(chǎn)液氧/液氫發(fā)動(dòng)機的火箭?;鸺鲜褂玫膸缀跛休S承都由NTN生產(chǎn)。2002年,NTN與日本國家航空航天實(shí)驗室(目前為JAXA)合作,在世界上首次開(kāi)發(fā)出能夠超高速旋轉300萬(wàn)轉dn"液態(tài)氫(-253℃)的軸承。
NTN一直在積累產(chǎn)品技術(shù)和制造技術(shù),以便響應客戶(hù)的需求,如“長(cháng)使用壽命”和“高速”。所有工業(yè)機器都需要這些性能
2.1長(cháng)使用壽命
煉鋼方法的發(fā)展極大地促進(jìn)了“長(cháng)壽命”。
隨著(zhù)現代軸承清潔度的提高,在適當的潤滑條件下,非金屬夾雜物引起的滾動(dòng)接觸疲勞導致的內部刺落減少。如果軸承鋼經(jīng)過(guò)標準熱處理(浸沒(méi)淬火)制成的軸承在疲勞極限載荷下使用,那么其工作壽命為半永久性。相反,由于實(shí)際軸承的工作條件惡劣,并且在更高的溫度、更高的速度和更高的載荷下使用,因此市場(chǎng)預期使用壽命更長(cháng),潤滑和污染更少。
過(guò)去的研究成果表明,改善鋼的化學(xué)成分(合金元素)和熱處理特性(韌性、硬度等)可以提高軸承壽命。因此,NTN使用這些技術(shù)為市場(chǎng)上提供了許多長(cháng)壽命軸承。NTN最近開(kāi)發(fā)了“ETFA軸承”。該軸承的使用壽命是傳統長(cháng)壽命“ETA軸承”的兩倍,是NTN潤滑受到污染的標準“4Top”系列的6倍。由于表面硬化鋼(滲碳鋼)(圖1)的特殊熱處理技術(shù)(強化晶粒細化),抗異物性增強。
2.2高速
軸承所需的另一個(gè)關(guān)鍵性能特征是“高速”。特別是,機床主軸(如加工中心)的運行速度顯著(zhù)提高,從而提高加工效率和精度NTN一直致力于開(kāi)發(fā)和改進(jìn)其產(chǎn)品,以滿(mǎn)足高建運行的要求。NTN采用陶瓷球實(shí)現了超高速運行。陶瓷球比鋼球輕,并能很好地適應高接觸用力的高速運行,采用較小的滾子元件以降低高速運行的離心力,以及采用空氣-油潤滑和空氣冷技術(shù)。最后兩項技術(shù)通過(guò)減少潤滑劑的攪拌阻力產(chǎn)生的熱量來(lái)提高潤滑可靠性(圖2)。
最近,為了便于使用和減少環(huán)境影響,對使用脂潤滑的主軸軸承的需求有所增加。使用潤滑脂潤滑時(shí),熱量會(huì )導致潤滑脂降解,并對軸承壽命產(chǎn)生重大影響。因此,在運行期間減少熱量是一個(gè)重要因素。NTN以其獨特的空氣冷卻技術(shù)開(kāi)發(fā)了“具有用于潤滑脂潤滑的空氣冷卻空間的機床主軸軸承”。該技術(shù)通過(guò)軸承之間外圈隔圈上的空氣冷卻噴嘴引人冷空氣冷卻軸承,通過(guò)內圈隔圈冷卻內圈(圖3)。
3滾動(dòng)軸承的演變
如前所述,軸承所需的性能是在大載荷下長(cháng)時(shí)間平穩旋轉。然而,自前的軸承并不限于此,NTN現在正向市場(chǎng)上推出更多功能的軸承。
為了滿(mǎn)足需求,正在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,如市場(chǎng)中不斷增長(cháng)的風(fēng)力渦輪機和鐵路車(chē)輛、機器人、飛機和機床等應用需求。所有這些行業(yè)都需要最先進(jìn)的技術(shù)。
3.1大型風(fēng)力渦輪機用軸承與CAE分析技術(shù)
在過(guò)去的20年里,大型風(fēng)力渦輪機作為軸承的一個(gè)應用領(lǐng)域迅速發(fā)展。除了設計壽命超過(guò)20年的要求外,海上風(fēng)力渦輪機對高可靠性大型軸承的需求也很高。這些軸承的外徑超過(guò)2米。軸承上的載荷大小和方向可能因風(fēng)力條件而異,并且有多達數百萬(wàn)個(gè)方向載荷組合。此外,
由于軸承的尺寸,使用實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行試驗非常困難。因此,軸承及其配套軸和軸承座變形的CAE分析技術(shù)必不可少(圖4)
NTN還開(kāi)發(fā)了有助于延長(cháng)使用壽命的獨特產(chǎn)品。對于主軸承,使用了自調心滾子軸承。這種軸承可以應對可能出現的安裝誤差以及由于滾道磨損而可能導致的早期故障。注意到與前排(離葉片較近的一排)相比,后排(離葉片較遠的一排)軸承承受的載荷更大,NTN于2017年推出了“非對稱(chēng)調心滾子軸承”,采用了NTN獨特的設計,具有不同的滾子長(cháng)度和不同的接觸角(圖5)。
3.2機床與loT用軸承
機床主軸軸承要求超高速、超高精度運行。然而,機械加工過(guò)程集成和組合的新趨勢要求使用一個(gè)刀具來(lái)處理中低速高負載旋轉的深切削和高速旋轉的重切削。NTN于2018年開(kāi)發(fā)了“高速重型切削機床用角接觸球軸承”,優(yōu)化了傳統高速角接觸球軸承“HSE型”的內部設計,在保持高速性能的同時(shí),實(shí)現了30%的更高承載能力并允許軸向載荷,此外,對狀態(tài)監測和物聯(lián)網(wǎng)功能的可靠性也有很高的要求。NTN為“傳感器集成軸承單元”增加了新的負載檢測和無(wú)線(xiàn)功能,之前已宜布該單元在軸承外圈隔中集成傳感器,以實(shí)現高級狀態(tài)監測(圖6)。
3.3鐵路車(chē)輛用滾動(dòng)軸承及絕緣技術(shù)
軸承用于鐵路車(chē)輛的軸頸、驅動(dòng)機構和主電機位置。軸承的性能和質(zhì)量直接影響鐵路車(chē)輛的安全。因此,對工業(yè)機械軸承的可靠性要求特別高。
NTN還致力于技術(shù)開(kāi)發(fā),以應對最近對高速運行和延長(cháng)維護間隔的需求。軸頸和主牽引電機軸承可能發(fā)生雜散電流腐蝕。通常,對車(chē)輛及其車(chē)廂采取措施,其中絕緣軸承本身可能是一種非常有效的措施。NTN已經(jīng)開(kāi)發(fā)出“MEGAOHM"T"系列,軸承外徑上有陶瓷噴涂或樹(shù)脂涂層。這種產(chǎn)品受到了市場(chǎng)的歡迎(圖7)。
3.4軸承狀態(tài)監測服務(wù)
NTN目前正在開(kāi)發(fā)一種狀態(tài)監測服務(wù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CMS”):通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和NTN傳感技術(shù)行預測性維護,以響應節能、長(cháng)期穩定運行和障低生命周期成本的需求。在風(fēng)力渦輪機領(lǐng)域,NTN已經(jīng)開(kāi)發(fā)了狀態(tài)監測系統“WindDoctorTM"。該系統已經(jīng)在風(fēng)力渦輪機系統中得到了很好的反饋(圖8)。
為了使CMS有助于降低維護成本并提高風(fēng)力發(fā)電業(yè)務(wù)中的設備可用性,需要高度準確的預測和故障檢測技術(shù),以便在部件剩余壽命已知的情況下,在正確的時(shí)間安排維修工作。為了提高準確性,必須開(kāi)發(fā)數據分析技術(shù)和診斷算法,這些技術(shù)和算法不僅集成傳感器的測量數據,還集成了各種信息,如設施的運行和管理。從這些角度來(lái)看,NTN正在推動(dòng)CMS技術(shù)的發(fā)展,有效地支持維護活動(dòng),并打算在鐵路車(chē)輛、機床和機械設備領(lǐng)域提出具體建議。
4未來(lái)的發(fā)展
市場(chǎng)環(huán)境即將發(fā)生變化。
·碳中和
·DX(數字轉換)、loT(物聯(lián)網(wǎng))
·降低勞動(dòng)力人口比例
在這些變化中,滾動(dòng)軸承面臨的挑戰也在發(fā)生變化。“碳中和”提高了對可再生能源的期望,尤其是風(fēng)力渦輪機。風(fēng)力渦輪機設施將變得越來(lái)越大,包括海上設施。然而,能夠設計和生產(chǎn)支持這些渦輪機轉子和葉片用軸承產(chǎn)品的公司害寒無(wú)幾。
如前所述,NTN正通過(guò)使用CMS提高其軸承的可靠性,并有助于降低維護成本,提高風(fēng)力渦輪機業(yè)務(wù)中的設備可用性。
NTN還將致力于在“DX(數字轉換)和IoT(物聯(lián)網(wǎng))”的背景下使軸承智能化。展望未來(lái),利用NTN的傳感和分析技術(shù)以及人工智能(AI),NTN將提供服務(wù),支持用戶(hù)在軸承故障預測和預測性維護方面的務(wù)力。
由于“勞動(dòng)力人口比例的降低”,將加快采用自動(dòng)化設備和機器人。在工業(yè)機器人領(lǐng)域,精確定位需要高剛性軸承。NTN專(zhuān)注于在有限空間內開(kāi)發(fā)更高剛度的軸承。NTN也在利用其基本軸承技術(shù)銷(xiāo)售“i-WRIST”T"腕關(guān)節模塊。由于低成本產(chǎn)品的激烈競爭,軸承也正在成
為一種商品。NTN通過(guò)優(yōu)化材料和組件的采購,將降低成本作為一項重要任務(wù)來(lái)應對。
5小結
未來(lái),滾動(dòng)軸承還是一個(gè)關(guān)鍵的機械元件。NTN必須在“長(cháng)壽命”“超高速”“高剛性”和“高可靠性”的永恒目標上,努力引領(lǐng)世界技術(shù)發(fā)展。NTN專(zhuān)注于利用物聯(lián)網(wǎng)的軸承、旋轉機器的狀態(tài)監測和數據收集、利用數據的外圍機器以及應用程序的開(kāi)發(fā),因此在10年或20年后,每個(gè)人都會(huì )驚牙于滾動(dòng)軸承的變化。NTN工業(yè)機械業(yè)務(wù)仍然不可或缺,支持基于軸承技術(shù)和利用數字技術(shù)的世界工業(yè)發(fā)展。
注釋?zhuān)?dn值:d=ID(mm)×n=軸旋轉速度(min")
一般來(lái)說(shuō),dn值超過(guò)100萬(wàn)稱(chēng)為“高速”,dn值超過(guò)200萬(wàn)稱(chēng)為“超高速”。
參考文獻(略).
(譯自:《NTNTECHNICALREVIEW》)
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