Промышленные применения подшипниковых решений

Использование роботов и систем автоматизации продолжает стремительно расти во всех отраслях промышленности, особенно в производстве, по мере того как компании осознают их потенциал в снижении затрат, увеличении объемов выпуска, а также повышении эффективности и конкурентоспособности.

Типичные применения промышленных роботов включают сварку, окраску, сборку, инспекцию продукции и тестирование. С развитием технологий автоматизация демонстрирует экспоненциальный рост показателей выносливости, скорости и точности, что делает распространенным использование более чувствительных решений в медицинском секторе и других высокотехнологичных областях.

Поскольку работа этой техники основана на тщательно скоординированном программном движении по двум или более осям, подшипники играют ключевую роль в управлении движением. Использование высокоточных подшипников является неотъемлемым фактором при проектировании и обслуживании таких систем. Для обеспечения долговечности и производительности необходимо правильно определять тип, материал и смазку подшипников.

Однорядные шариковые подшипники глубокого зацепления (размеры варьируются от миниатюрных до сверхкрупных) обычно являются основным выбором для большинства приложений в робототехнике и автоматизации. Тонкостенные подшипники часто устанавливаются в суставах манипуляторов благодаря малому весу, компактной конструкции и способности работать на высоких скоростях.

Роликовые подшипники, как правило, являются первым выбором для тяжелых условий эксплуатации. Опорно-поворотные устройства (сферические подшипники) обычно используются в основных узлах вращения и соответствующем подъемном оборудовании. Гибридные (керамические шары с кольцами из нержавеющей стали) и полностью керамические подшипники являются отличной альтернативой для работы в вакууме или других агрессивных средах.

Агрессивные среды, в которых часто эксплуатируются роботы, требуют надлежащей защиты от загрязнений, чтобы предотвратить попадание мусора различных форм и размеров внутрь подшипника, что может вызвать непоправимые повреждения или преждевременный выход из строя.

Существует множество типов уплотнений подшипников, каждый из которых имеет свои преимущества. Независимо от конструкции, уплотнения продлевают срок службы подшипника, предотвращая попадание загрязняющих веществ на критически важные внутренние поверхности и удерживая смазку внутри.

Металлические щитки (шайбы) не контактируют напрямую с внутренним кольцом, что минимизирует вращающий момент и помогает достичь максимальной рабочей скорости. Формованные резиновые уплотнения (обычно из проверенного материала Buna-N) контактируют с внутренним кольцом, что обеспечивает лучшую защиту в загрязненных средах по сравнению с металлическими щитками, но также увеличивает пусковой и рабочий момент из-за сопротивления уплотнения.

Уплотнения также могут снижать максимальную скорость вращения относительно желаемого уровня RPM, что необходимо учитывать. В зависимости от типа подшипника могут быть доступны комбинированные уплотнения/щитки для дополнительной защиты.

Благодаря отличной устойчивости к воздействию определенных химических веществ, уплотнения из армированного стекловолокном PTFE могут быть предпочтительным выбором, поскольку они также позволяют достичь более высокой скорости вращения и меньшего сопротивления крутящему моменту по сравнению с резиновыми уплотнениями.

Рабочая среда, прикладываемая нагрузка и профиль движения также могут влиять на выбор материала подшипника. Для агрессивных или коррозионных сред, типичных для медицинских, пищевых и химических производств, часто используется сталь 440C для колец и шаров вместо стандартной закаленной хромистой стали.

Правильная смазка — еще один важный фактор для оптимизации характеристик и продления срока службы подшипника. Например, в пищевой промышленности строгие нормативные требования часто диктуют использование смазочных материалов класса H1 (пищевого назначения) — обычно на основе синтетических углеводородных масел с загустителями на основе мочевины, полимочевины или алюминиевых комплексов — из-за возможности случайного контакта с продуктами питания.

Ключевая функция смазки заключается в минимизации силы трения и износа движущихся частей (в случае подшипников — это шары или ролики и дорожки качения колец). Смазочный материал, разработанный для конкретных условий эксплуатации, обеспечивает формирование надежной защитной пленки, воспринимающей нагрузку. В идеальных условиях эта пленка разделяет трущиеся поверхности. Кроме того, смазка способствует отводу тепла и общей термической стабильности подшипника. Правильный выбор смазки предотвратит быстрое старение материала со временем, а также обеспечит защиту от коррозии, влаги и попадания загрязнений.

Оптимизация подшипников для робототехнических приложений

Идея персональных роботов, помогающих по хозяйству, выглядит заманчиво, однако до того момента, когда такая технология станет достаточно эффективной и доступной для массового внедрения, еще далеко. Необходимая для создания «бытовых» роботов точность становится все более достижимой благодаря исследованиям и разработкам в области промышленной автоматизации, особенно за последнее десятилетие.