CC BY
103
Э.В. Гринцевич, С.Н. Васильева
МЕХАТРОННЫЕ ПОДШИПНИКИ ASB
E.V. Grintsevich, S.N. Vasilyevа
MECHATRONIC BEARING ASB
Ключевые слова: мехатроника, нанотехнологии, миниподшипник, узел ASB.
Keywords: mechatronics, nanotechnology, minibearing, node ASB.
Аннотация
Одним из интереснейших примеров мехатроники в области машиностроения являются мехатронные подшипники, выполненные по технологии Active Sensor Bearing (подшипник с активным сенсором). Разработчиком и обладателем патента технологии является французская компания SNR ROULEMENTS, крупнейший в Европе производитель и разработчик подшипников. Главной ее задача являлось интегрирование в подшипники активных сенсоров, предназначенных для измерения частоты вращения колеса и передачи данных в автоматические системы стабилизации движения автомобиля, что повышало управляемость в сложных дорожных ситуациях, а также уменьшения габаритов ступичного узла и снижения неподрессоренных масс.
Abstract
One of the most interesting examples in mechatronics in mechanical engineering is mecha-tronic bearings made with technology of Active Sensor Bearing (bearing with active sensor). The developer and patent holder of the technology is a French company SNR ROULEMENTS, Europe's largest manufacturer and developer of bearings. Its main task was to integrate active sensors into bearings for measuring wheel speed and data transmission to automatic systems for vehicle stability control, which improved handling in heavy traffic situations, as well as reduce the overall dimensions of hub site and reduce unsprung mass.
Японские ученые создали микроскопический подшипник, в котором трение близко к абсолютному нулю. Оно настолько незначительно, что даже самые точные современные приборы не способны его определить, сообщили в Университете Айти, специалисты которого участвовали в экспериментах вместе с коллегами из столичного Университета Сэйкэй.
Нынешнее достижение нанотехнологии, по словам ученых, планируется внедрить в производство миниатюрных роботов и микромеханизмов, чьи детали практически не будут подлежать износу.
Материалом для "вечного" миниподшипника послужили синтетические молекулы -фуллерены. Они состоят из 60 атомов углерода, расположенных в виде правильных пяти- и шестиугольников, которые вместе составляют шар. Эти вращающиеся "шарики" после сложного технологического процесса составили в ряд между двумя удлиненными пластинками из графита. Получился подшипник.
Силу трения измеряли при помощи т.н. туннельного микроскопа, который дает возможность не только видеть составные части молекул, но и манипулировать ими, поскольку вместо оптики используется супермикроскопический зонд-игла толщиной в атом. Как сказал представитель университета, силу трения зафиксировать не удалось, т.к. она была меньше триллионной доли Ньютона (единица измерения силы), а это пока ученым недоступно.
Мехатроника - это прогрессивное направление развития науки и техники, ориентированное на создание и эксплуатацию автоматических и автоматизированных машин и систем с компьютерным (микропроцессорным) управлением их движением. Основной задачей ме-хатроники является разработка и создание высокоточных, высоконадёжных и многофункциональных систем управления сложными динамическими объектами. Простейшими примерами мехатроники являются тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой) и промышленные станки с ЧПУ.
Одним из интереснейших примеров мехатроники в области машиностроения являются мехатронные подшипники, выполненные по технологии Active Sensor Bearing (подшипник с активным сенсором). Разработчиком и обладателем патента технологии является французская компания SNR ROULEMENTS, крупнейший в Европе производитель и разработчик подшипников. Первоначально технология Active Sensor Bearing (далее ASB) была ориентирована на автомобилестроение. Г лавной ее задача являлось интегрирование в подшипники активных сенсоров, предназначенных для измерения частоты вращения колеса и передачи данных в автоматические системы стабилизации движения автомобиля, что повышало управляемость в сложных дорожных ситуациях, а также уменьшения габаритов ступичного узла и снижения неподрессоренных масс. Автомобильный узел ASB представляет собой подшипниковый узел, в который интегрировано магнитное многополюсное кольцо, прикрытое магнитопроводящим уплотнением, сверху которого устанавливается датчик Холла. При вращения подшипника вместе с ним вращается и магнитное кольцо, которое создает магнитное поле переменной полярности, регистрируемое датчиком. При этом на выходе датчика выдается сигнал, частота которого зависит от количества изменений полярности в секунду. Через присоединительный кабель этот сигнал передается в микропроцессорный блок бортового компьютера.
Рисунок 1 - Автомобильный подшипниковый узел ASB
Основными преимуществами автомобильных узлов ASB являются:
- высокая точность измерения и передача цифровой информации в самых агрессивных окружающих условиях (вибрации, грязь, большие перепады температур и т.п.);
- это компактные и экономичные решения, могут использоваться и на транспортных средствах низшего ценового диапазона, а не только на дорогих автомобилях в отличие от многих других конкурентных технологий;
- это прогрессивная технология в исследовании автомобильного комфорта и безопасности;
- это главный элемент в концепции "полного контроля за шасси";
- это открытый стандарт, обеспечивающий минимальные затраты при лицензировании производства изготовителями подшипников и электронных компонентов.
B 1997 году на выставке EquipAuto в Париже концепция ASB получила Первый Grand Prix в номинации "Новые технологии для оригинального (конвейерного) производства". Сегодня лицензии на производство узлов ASB уже приобретены всеми крупнейшими мировыми производителями подшипников, такими как: FAG, NSK, SKF, NTN, Koyo, Timken. А сами узлы широко применяются крупнейшими мировыми производителями автомобилей из Америки, Европы, Японии; причем список постоянно пополняется: ALFA ROMEO, AUDI, BMW, DAIMLER CHRYSLER, FIAT, FORD, LANCIA, LAND ROVER, NISSAN, PSA, PORSHE, TOYOTA, VOLVO,VOLKSWAGEN.
На сегодняшний день произведено более 42 миллионов подобных устройств, а к 2010 году, по прогнозу разработчиков, почти 50% всех колесных подшипников в мире, выпускаемых различными производителями, будут использовать технологию ASB. Узлы ASB также нашли свое применение и в других отраслях промышленности, толчком, к которому стала разработка американской компании Timken, перепрограммируемой микросхемы MPS32XF, позволившая обеспечить точность позиционирования свыше 0,1° и возможность подключения аналогового термодатчика. В отличие от ASB для автомобилестроения, выполняющихся в едином моноблочном корпусе, мехатронные узлы для промышленности представляют собой стандартный
радиальный шарикоподшипник, соответствующий международным стандартам ISO с накладным блоком ASB, в котором установлены все необходимые электронные и магнитные элементы.
Блок AS В
Рисунок 2 - Промышленный мехатронный подшипниковый узел
Промышленный узел ASB способен обеспечить измерение:
- углового положения,
- скорости вращения,
- направления вращения,
- количество оборотов,
- температуры.
Рекомендованы к применению:
- в конвейерах;
- в робототехнике;
- в транспортных средствах;
- в подъемниках;
- в системах управления;
- в системах измерения и позиционирования...
В настоящее время ведется внедрение узлов ASB II поколения. Основная особенность этих узлов - более "глубокая" интеграция электронных и магнитных компонентов с механическими частями, что позволяет увеличить сферу применения, к примеру интегрировать датчики не только в подшипники, но и непосредственно в опоры валов. Основными преимуществами ASB II поколения являются:
- более простая конструкция,
- обеспечение малого уровня шума,
- меньшая себестоимость,
- оптимизация размеров,
- в системах управления;
- и т.д.
Исследования в области технологии ASB продолжаются, и уже ведется разработка узлов ASB III поколения. Главными задачами перед разработчиками поставлены: расширение функциональных возможностей и максимальное упрощение интеграции в электронные системы управления или АСУ. Это будет достигаться за счет внедрения непосредственно в узел микропроцессоров (фактически миниатюрного компьютера), в отличие от предыдущих поколений ASB, в которых интегрировались только датчики. Помимо этого, в зависимости от условий применения и требуемых функций микрокомпьютер может легко заменяться, тем самым достигается значительная унификация.
Рисунок 3 - Экспериментальный узел ASB III поколения компании
SNR ROULEMENTS
