Łożyska NSK pomagają zmaksymalizować wydajność napędów przemysłowych

Łożyska o niskim momencie obrotowym do silników o wysokiej sprawności

Firma NSK przeprowadziła ocenę strat mechanicznych w łożyskach przy użyciu silników o wysokiej sprawności w rzeczywistych warunkach pracy. Firma starała się zidentyfikować możliwości zmniejszenia zużycia energii, opracowując metodę testową, która pozwala na bezpośrednią ocenę strat mechanicznych w łożyskach. Wyniki tych testów zostaną uwzględnione w programie rozwoju łożysk NSK dla silników o wysokiej sprawności. Na przykład ocena dwubiegunowego silnika
o wysokiej sprawności, pracującego z prędkością 3000 obr/min wykazała, że przyczyną ok. 80 % strat mechanicznych była nieodpowiednia odporność na ścinanie i mieszanie smaru pomiędzy częściami łożyska. Z tego powodu firma NSK rozpoczęła prace projektowe w zakresie optymalizacji rodzaju i ilości smaru, a także kształtu koszyka łożyska.

Kolejne testy wykazały, że odpowiedni dobór ilości smaru zmniejszył straty mechaniczne o 60 %
w porównaniu z łożyskami standardowymi. Należy również podkreślić, że zmniejszenie zawartości smaru w łożyskach standardowych zwykle prowadzi do przerwania filmu olejowego i przyspiesza proces zatarcia łożysk. W przeciwieństwie do tego, łożyska o niskim momencie obrotowym opracowane przez NSK wykorzystują specjalny smar, który w testach wykazał ponad 2,7-krotny wzrost odporności na zatarcie. Kolejne próby wykazały, że specjalnie opracowany koszyk
z tworzywa sztucznego zmniejszył straty mechaniczne o połowę w porównaniu z koszykami stalowymi, głównie dlatego, że wersja z tworzywa sztucznego ogranicza opór mieszania smaru między koszykiem a kulkami.

Łożyska NSK o niskim momencie obrotowym, które zmniejszają straty mechaniczne i zapewniają wyższą odporność na zatarcie w silnikach o wysokiej sprawności, są dostępne w rozmiarach średnicy zewnętrznej od 16 do 170 mm.
 

Łożyska z powłoką ceramiczną do silników inwerterowych

Silniki inwerterowe, sterowane za pomocą optymalnej częstotliwości obrotowej, oszczędzają energię w pompach i dmuchawach. Ogólny trend rozwojowy polega na tym, że częstotliwość sterująca (tzw. częstotliwość nośna) wzrasta, dzięki czemu silnik może pracować z większą dokładnością. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości nośnej może wystąpić korozja elektrolityczna z powodu przepływu prądu o wysokiej częstotliwości w łożysku.

Korozja elektrolityczna to zjawisko polegające na generowaniu iskier w obrębie filmu olejowego pomiędzy powierzchnią bieżni a elementami tocznymi, powodujące miejscowe topnienie
i nierówności. Efekt ten prowadzi również do powstawania nieprawidłowych odgłosów pracy
i przedwczesnego zatarcia.

Niektóre łożyska do małych silników są wyposażone w kulki ceramiczne, które nie przewodzą prądu, co zapewnia ochronę przed korozją elektrolityczną, ale w przypadku kulek ceramicznych
o większej średnicy, wymaganych w przypadku średnich i dużych silników inwerterowych, powstają problemy z wydajnością. Aby wyeliminować tego typu niepożądane zjawiska firma NSK opracowała dla tych silników łożyska z natryskiwaną na pierścień zewnętrzny izolacyjną powłoką ceramiczną, która zapobiega korozji elektrolitycznej.

Nowo opracowane łożyska charakteryzują się doskonałą izolacją elektryczną, a testy wykazały
ok. dziesięciokrotnie wyższą izolacyjność (przy użyciu zasilania prądem stałym) w porównaniu
do standardowych łożysk z powłoką ceramiczną. Warto zauważyć, że łożyska NSK wykazują również równoważną lub nieco lepszą izolacyjność przy zasilaniu prądem przemiennym
w warunkach impedancji o wartości 100 Ω lub wyższej i częstotliwości 1 MHz.

Pod względem parametrów mechanicznych udarność powłoki jest ok. trzykrotnie większa niż
w przypadku standardowych łożysk z powłoką ceramiczną. Niewystarczająca efektywność odprowadzania ciepła, stanowiąca wadę powłok ceramicznych, została poprawiona przy użyciu stosunkowo gęstej powłoki w porównaniu do tych stosowanych w łożyskach standardowych,
co wydłuża zarówno żywotność smaru, jak i silnika. Testy wykazały wzrost temperatury podczas pracy łożyska o ok. 10°C niższy niż w przypadku łożysk standardowych. Gęsta powłoka oznacza również mniej pustych przestrzeni i lepszą trwałość.

Antykorozyjne łożyska NSK z powłoką ceramiczną, przeznaczone dla średnich i dużych silników falownikowych, są dostępne w rozmiarach średnicy zewnętrznej od 130 do 230 mm.
 

Łożyska ze smarem o niskiej emisji cząstek stałych przeznaczone dla serwomotorów

Precyzyjna zdolność pozycjonowania serwomotoru opiera się o transmisję lub odbijanie sygnału światła diody LED zgodnie ze wzorcem wygrawerowanym na płytce enkodera i przesyłanie odebranego sygnału z powrotem do sterownika silnika.  Zanieczyszczenie powierzchni płytki enkodera olejem lub inną substancją uniemożliwia odbiór sygnału i przesłanie informacji zwrotnej o położeniu do sterownika silnika, uniemożliwiając normalne działanie.

W serwosilniku do robota konieczna jest możliwość zatrzymania ramienia i przedmiotu obrabianego za pomocą hamulca elektromagnetycznego. Zanieczyszczenie tarczy hamulcowej olejem lub innym materiałem powoduje poślizg hamulca. Serwosilniki stosowane w robotach przemysłowych i robotach współpracujących (cobotach) muszą być wysoce niezawodne, dlatego łożyska powinny charakteryzować się niską emisją cząstek, aby uniknąć zanieczyszczenia enkoderów lub hamulców.

Firma NSK opracowała łożysko do serwosilników, które wykorzystuje smar o zoptymalizowanym składzie. Łożysko zostało wyposażone również w firmowe uszczelnienie DW z lekkim stykiem, które zapewnia doskonałą ochronę przed zanieczyszczeniami, ograniczając również wymagany poziom momentu rozruchowego.

W serii testów symulacyjnych zbadano zależność między łożyskami a tarczami hamulcowymi enkodera w odniesieniu do rozprysków smaru. Badania potwierdziły, że wielkość rozrzutu zmniejsza się w przypadku stosowania łożysk z uszczelnieniem bezstykowym i niskoemisyjnego smaru LGU firmy NSK (w porównaniu z łożyskami z uszczelnieniem bezstykowym i smarem standardowym). Ponadto łożyska ze smarem LGU i lekko-stykowym uszczelnieniem DW nie generowały prawie żadnych rozprysków smaru, co stanowi również skuteczny środek zaradczy przeciwko korozji enkodera.

Łożyska NSK o niskiej emisji cząstek stałych, wyposażone w smar LGU i lekko-stykowe uszczelnienie DW, są dostępne w rozmiarach średnicy zewnętrznej od 26 do 120 mm, pasując
do wszystkich popularnych serwosilników.

Zdjęcie1) Przedstawienie współczynnika strat mechanicznych w zależności od materiału koszyka zastosowanego w łożyskach kulkowych NSK o niskim momencie obrotowym do silników o wysokiej sprawności