在過(guò)去的幾年中，勞動(dòng)適齡人口的減少和勞動(dòng)力成本的增加促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人需求的快速增長(zhǎng)。此外，全球人口的增長(zhǎng)和發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)正在推動(dòng)鐵礦石、銅和其他礦產(chǎn)資源以及天然氣的開采。

　　另一方面，聯(lián)合國(guó)制定了可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，包括針對(duì)所有國(guó)家的消費(fèi)、生產(chǎn)和氣候變化的可持續(xù)措施，并通過(guò)決議解決這些問(wèn)題。

各種工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域都深深地融人了可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，并通過(guò)日常技術(shù)創(chuàng)新為可持續(xù)發(fā)展社會(huì)做出了巨大貢獻(xiàn)。本文介紹了這些工業(yè)機(jī)械軸承的先進(jìn)技術(shù)。

1機(jī)器人減速器和伺服電機(jī)用軸承的技術(shù)

　　機(jī)器人的主要驅(qū)動(dòng)源采用伺服電機(jī)，其具有良好的可控性且易于操作。然而，由于電機(jī)輸出為高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩，因此減速器需要將輸出轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。這里介紹了伺服電機(jī)和減速器用軸承的技術(shù)。

1.1伺服電機(jī)軸承技術(shù)

　　安裝在機(jī)器人上的伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境比較惡劣，伺服電機(jī)需要在正反轉(zhuǎn)之間以及啟停之間進(jìn)行大量切換。由機(jī)器人手臂的高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的外力和振動(dòng)以及手臂內(nèi)的高溫同樣使伺服電機(jī)處于惡劣環(huán)境中。伺服電機(jī)所需的功能為精確控制旋轉(zhuǎn)、停止和定位，由連接到電機(jī)軸的制動(dòng)器和編碼器執(zhí)行。術(shù)問(wèn)題包括由于制動(dòng)盤和編碼器盤表面的油污染而產(chǎn)生的制動(dòng)器打滑和讀取錯(cuò)誤。

　　NSK進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，以確認(rèn)軸承內(nèi)部潤(rùn)滑脂的泄漏與編碼器污染之間的關(guān)系。圖和污染的結(jié)果如圖1-圖4所示，證實(shí)了NSK所開發(fā)技術(shù)的有效性，如低塵LGU潤(rùn)滑脂和輕接觸DW密封圈等，以高可靠性贏得了市場(chǎng)聲譽(yù)。
 

圖1  編碼器仿真試驗(yàn)簡(jiǎn)圖

圖2  編碼器表面的氣體粘附（非接觸式密封）

圖3  氣體粘附（非接觸式密封）導(dǎo)致編碼器盤的輸率變化

圖4   編碼器仿真試驗(yàn)結(jié)果（潤(rùn)滑脂/密封類型）

1.2機(jī)器人減速器軸承技術(shù)

　　由于機(jī)器人減速器用于手臂關(guān)節(jié)，因此要求緊湊、輕量、短的空行程、高剛度和長(zhǎng)壽命。由于輸出軸承受非常大的外部載荷和力矩，因此NSK充分利用了其分析技術(shù)，設(shè)計(jì)了在有限空間內(nèi)具有高剛度、長(zhǎng)壽命的特殊軸承。具體示例如圖5所示。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)部參數(shù)（如球數(shù)、接觸角、預(yù)載荷），實(shí)現(xiàn)高剛度和長(zhǎng)壽命。
　　輸人軸和中間軸也承受重載，因此采用了體積小、承載能力高的小型滾針軸承和圓錐滾子軸承。

圖5   機(jī)器人減速器軸承設(shè)計(jì)示例

2 礦山機(jī)械和頁(yè)巖氣工業(yè)機(jī)械用軸承的技術(shù)

　　本節(jié)介紹了礦山機(jī)械軸承的長(zhǎng)壽命技術(shù)和在化石燃料熱力發(fā)電中C0₂排放量相對(duì)低的天然氣熱力發(fā)電用軸承的技術(shù)。

2·1礦山機(jī)械軸承技術(shù)

　　礦用輸送機(jī)的皮帶輪總長(zhǎng)達(dá)幾公里或更長(zhǎng)，通常使用調(diào)心滾子軸承。該類軸承具有高承載能力，可吸收軸的變形。軸承更換工作要求對(duì)內(nèi)部游隙進(jìn)行精確控制，所以采用無(wú)密封式軸承。NSK開發(fā)了高密封性調(diào)心滾子軸承（圖6、圖7），采用獨(dú)特的螺栓固定密封，可精確控制軸承安裝期間的游隙，具有高密封性，市場(chǎng)聲譽(yù)良好。

圖6   輸送機(jī)用具有高可靠性和良好密封性的調(diào)心滾子軸承

圖7   新軸承的技術(shù)特征

　　常規(guī)產(chǎn)品和新產(chǎn)品在礦區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。常規(guī)產(chǎn)品在使用約1年后出現(xiàn)剝落，而新軸承未出現(xiàn)諸如剝落的異?，F(xiàn)象。潤(rùn)滑脂中的污染物數(shù)量約為常規(guī)產(chǎn)品的1/10，證明具有高密封性。

圖8   潤(rùn)滑脂中顆粒的對(duì)比

2·2液化氣泵軸承技術(shù)

　　液化氣泵是專用泵（圖9），用于在油輪或陸上工廠接收、運(yùn)輸和供給各種液化氣。代表性的液化氣包括液化天然氣（LNG，-162℃）、液化石油氣（LPG，約-40℃）和液氮（LN2，-196℃）。泵的葉輪由液化氣潤(rùn)滑的軸承支承。由于低溫環(huán)境，不能使用軸承防銹劑。因此，軸承采用高耐蝕性不銹鋼。保持架材料是一種低溫、高自潤(rùn)滑的碳氟樹脂，保持架采用特殊的鉚釘固定（圖10）。
 

圖9   液化氣泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖10   液化氣泵軸承的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖

　　近年來(lái)，采用氮化硅陶瓷球軸承作為防止泵用電機(jī)逆變導(dǎo)致電蝕的措施越來(lái)越多。這些陶瓷球具有優(yōu)異的耐蝕性，因此預(yù)期使用壽命更長(zhǎng)，可靠性更高。然而，由于陶瓷的線膨脹系數(shù)與內(nèi)、外圈用不銹鋼相比非常小，因此徑向內(nèi)部游隙在室溫到極低溫（-196℃）的范圍內(nèi)有較大的變化。作為對(duì)策，正推動(dòng)高性能新型陶瓷球軸承spaceaCRYO^TM（圖ll）的商業(yè)化，其所用新陶瓷材料的線膨脹系數(shù)接近內(nèi)、外圈用不銹鋼的線膨脹系數(shù)。

圖11 新型高性能陶瓷球軸承spaceaCRYO^TM和新型陶瓷球

2·3頁(yè)巖氣開采鉆頭軸承技術(shù)

　　最近在地表以下約2000m處的頁(yè)巖層開采石油和天然氣成為可能，導(dǎo)致開采量迅速增加，主要是在北美。用于鉆孔達(dá)頁(yè)巖層的鉆孔電機(jī)載荷很大，其內(nèi)部軸承由泥水潤(rùn)滑（鉆孔電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖12所示）。軸承的主要要求是即使在使用泥水潤(rùn)滑的情況下，也能使?jié)L道磨損減至較小，并且在運(yùn)行期間套圈和滾動(dòng)體不會(huì)斷裂。滿足以上要求的軸承為四點(diǎn)接觸球軸承（多級(jí)），內(nèi)、外圈由滲碳鋼制成，球由S2工具鋼(ASTMA681)制成。

圖12 鉆孔電機(jī)結(jié)構(gòu)

　　NSK已完成了新軸承的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，內(nèi)、外圈采用了獨(dú)特材料。因此，證實(shí)軸承沒(méi)有斷裂，其磨損特性也優(yōu)于當(dāng)前滲碳材料（圖13）。NSK將繼續(xù)與鉆機(jī)制造商合作，以建立優(yōu)化軸承的技術(shù)規(guī)范。

圖13 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后的軸承內(nèi)部狀況

　　本文介紹了工業(yè)機(jī)械軸承的技術(shù)。近年來(lái)“智能”表示優(yōu)化、多功能化、節(jié)能等，人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的使用在各領(lǐng)域不斷增多。工業(yè)機(jī)械同樣推進(jìn)了“智能 開發(fā)，以在維護(hù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)和節(jié)省人力。不僅需要滿足軸承的常規(guī)小尺寸、輕量、高承載能力、長(zhǎng)壽命，而且面臨新要求（如軸承劣化診斷和軸承預(yù)期壽命預(yù)測(cè)）。NSK將繼續(xù)開發(fā)軸承，以滿足這些要求。