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          工業機械用滾動軸承未來發展

          工業機械用滾動軸承未來發展

          • 分類:行業動態
          • 作者:
          • 來源:軸承工業
          • 發布時間:2022-10-24
          • 訪問量:

          【概要描述】

          工業機械用滾動軸承未來發展

          【概要描述】

          • 分類:行業動態
          • 作者:
          • 來源:軸承工業
          • 發布時間:2022-10-24
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          作者:EtsuHARIMA
          翻譯:洛陽LYC軸承有限公司技術中心張藝

          摘要:

          NTN根據工業機械市場各種應用的需要提供多種尺寸的軸承產品。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,農業機械和機床等“核心”工業市場客戶外,與社會基礎設施相關的客戶業務也在增加。隨著社會結構的變化和對環境間題認識的提高,飛機、鐵路車輛和風力渦輪機市場的客戶需求出在增加。因此,NTN開發了相應的工程和生產系統。由于物聯網(IoT)的進步和人工智能(AI)技術的發展,預計當前的環境將發生重大變化。本報告介紹NTN分析和評估技術的進步,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,人們通過放置在巖石下方的滾子來運輸若石。這就是滾動軸承(以下簡稱“軸承”)的起源。

          人們還認為,文藝復興時期的藝術家達芬奇發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開始制造軸承已經有大約100年了。外觀和組件與當時兒乎相同。然而,由于材料、潤滑劑和加工技術的進步,組件的性能有了顯著改善?,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、制造技術和設計技術等領域的發展。此外,還介紹了NTN在分析技術和評估技術方面的進展、以及提高可靠性的舉措。

          本文還介紹了通過集成前胎性軸承技術、傳感技術和精確控制技術,以及通過故障檢測、狀態監測系統(CMS)和物聯網的新產品和服務,實現模塊化和智能化組件的方法。

          2過去的技術發展

          縱觀NTN公司的歷史,有無數的變革顯示出技術上的卓越。

          1934年,NTN開發了飛機軸承,其產品用于100%國產飛機“神風”的發動機和機身。這架飛機創造了東京和倫敦之間飛行94小時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(子彈頭列車)的滑動軸承,新干線首次出現在新開通的東海道鐵軌上。當時的日本國家鐵路公司(目前稱為日本鐵路公司)對材料的組成部分、熱處理和檢驗條件進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品達到要求。

          后來,H-1火箭在1986年成功發射了第一個試驗飛行器,是第一枚在第二階段100%使用國產液氧/液氫發動機的火箭?;鸺鲜褂玫膸缀跛休S承都由NTN生產。2002年,NTN與日本國家航空航天實驗室(目前為JAXA)合作,在世界上首次開發出能夠超高速旋轉300萬轉dn"液態氫(-253℃)的軸承。

          NTN一直在積累產品技術和制造技術,以便響應客戶的需求,如“長使用壽命”和“高速”。所有工業機器都需要這些性能

          2.1長使用壽命

          煉鋼方法的發展極大地促進了“長壽命”。

          隨著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接觸疲勞導致的內部刺落減少。如果軸承鋼經過標準熱處理(浸沒淬火)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,因此市場預期使用壽命更長,潤滑和污染更少。

          過去的研究成果表明,改善鋼的化學成分(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使用這些技術為市場上提供了許多長壽命軸承。NTN最近開發了“ETFA軸承”。該軸承的使用壽命是傳統長壽命“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(強化晶粒細化),抗異物性增強。

           

          2.2高速

          軸承所需的另一個關鍵性能特征是“高速”。特別是,機床主軸(如加工中心)的運行速度顯著提高,從而提高加工效率和精度NTN一直致力于開發和改進其產品,以滿足高建運行的要求。NTN采用陶瓷球實現了超高速運行。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。最后兩項技術通過減少潤滑劑的攪拌阻力產生的熱量來提高潤滑可靠性(圖2)。

          最近,為了便于使用和減少環境影響,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,熱量會導致潤滑脂降解,并對軸承壽命產生重大影響。因此,在運行期間減少熱量是一個重要因素。NTN以其獨特的空氣冷卻技術開發了“具有用于潤滑脂潤滑的空氣冷卻空間的機床主軸軸承”。該技術通過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,通過內圈隔圈冷卻內圈(圖3)。

           

           

           

          3滾動軸承的演變

          如前所述,軸承所需的性能是在大載荷下長時間平穩旋轉。然而,自前的軸承并不限于此,NTN現在正向市場上推出更多功能的軸承。

          為了滿足需求,正在開發新產品,如市場中不斷增長的風力渦輪機和鐵路車輛、機器人、飛機和機床等應用需求。所有這些行業都需要最先進的技術。

          3.1大型風力渦輪機用軸承與CAE分析技術

          在過去的20年里,大型風力渦輪機作為軸承的一個應用領域迅速發展。除了設計壽命超過20年的要求外,海上風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2米。軸承上的載荷大小和方向可能因風力條件而異,并且有多達數百萬個方向載荷組合。此外,

          由于軸承的尺寸,使用實際產品進行試驗非常困難。因此,軸承及其配套軸和軸承座變形的CAE分析技術必不可少(圖4)

          NTN還開發了有助于延長使用壽命的獨特產品。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“非對稱調心滾子軸承”,采用了NTN獨特的設計,具有不同的滾子長度和不同的接觸角(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,機械加工過程集成和組合的新趨勢要求使用一個刀具來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年開發了“高速重型切削機床用角接觸球軸承”,優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,實現了30%的更高承載能力并允許軸向載荷,此外,對狀態監測和物聯網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線功能,之前已宜布該單元在軸承外圈隔中集成傳感器,以實現高級狀態監測(圖6)。

           

          3.3鐵路車輛用滾動軸承及絕緣技術

          軸承用于鐵路車輛的軸頸、驅動機構和主電機位置。軸承的性能和質量直接影響鐵路車輛的安全。因此,對工業機械軸承的可靠性要求特別高。

          NTN還致力于技術開發,以應對最近對高速運行和延長維護間隔的需求。軸頸和主牽引電機軸承可能發生雜散電流腐蝕。通常,對車輛及其車廂采取措施,其中絕緣軸承本身可能是一種非常有效的措施。NTN已經開發出“MEGAOHM"T"系列,軸承外徑上有陶瓷噴涂或樹脂涂層。這種產品受到了市場的歡迎(圖7)。

           

          3.4軸承狀態監測服務

          NTN目前正在開發一種狀態監測服務(以下簡稱“CMS”):通過物聯網和NTN傳感技術行預測性維護,以響應節能、長期穩定運行和障低生命周期成本的需求。在風力渦輪機領域,NTN已經開發了狀態監測系統“WindDoctorTM"。該系統已經在風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力發電業務中的設備可用性,需要高度準確的預測和故障檢測技術,以便在部件剩余壽命已知的情況下,在正確的時間安排維修工作。為了提高準確性,必須開發數據分析技術和診斷算法,這些技術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。從這些角度來看,NTN正在推動CMS技術的發展,有效地支持維護活動,并打算在鐵路車輛、機床和機械設備領域提出具體建議。

          4未來的發展

          市場環境即將發生變化。

          ·碳中和

          ·DX(數字轉換)、loT(物聯網)

          ·降低勞動力人口比例

          在這些變化中,滾動軸承面臨的挑戰也在發生變化。“碳中和”提高了對可再生能源的期望,尤其是風力渦輪機。風力渦輪機設施將變得越來越大,包括海上設施。然而,能夠設計和生產支持這些渦輪機轉子和葉片用軸承產品的公司害寒無幾。

          如前所述,NTN正通過使用CMS提高其軸承的可靠性,并有助于降低維護成本,提高風力渦輪機業務中的設備可用性。

          NTN還將致力于在“DX(數字轉換)和IoT(物聯網)”的背景下使軸承智能化。展望未來,利用NTN的傳感和分析技術以及人工智能(AI),NTN將提供服務,支持用戶在軸承故障預測和預測性維護方面的務力。

          由于“勞動力人口比例的降低”,將加快采用自動化設備和機器人。在工業機器人領域,精確定位需要高剛性軸承。NTN專注于在有限空間內開發更高剛度的軸承。NTN也在利用其基本軸承技術銷售“i-WRIST”T"腕關節模塊。由于低成本產品的激烈競爭,軸承也正在成

          為一種商品。NTN通過優化材料和組件的采購,將降低成本作為一項重要任務來應對。

          5小結

          未來,滾動軸承還是一個關鍵的機械元件。NTN必須在“長壽命”“超高速”“高剛性”和“高可靠性”的永恒目標上,努力引領世界技術發展。NTN專注于利用物聯網的軸承、旋轉機器的狀態監測和數據收集、利用數據的外圍機器以及應用程序的開發,因此在10年或20年后,每個人都會驚牙于滾動軸承的變化。NTN工業機械業務仍然不可或缺,支持基于軸承技術和利用數字技術的世界工業發展。

          注釋:*dn值:d=ID(mm)×n=軸旋轉速度(min")

          一般來說,dn值超過100萬稱為“高速”,dn值超過200萬稱為“超高速”。

          參考文獻(略).

          (譯自:《NTNTECHNICALREVIEW》)

           

           

           

           

           

           

           

           

           

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