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)機器人需求的快速增長(cháng)。此外，全球人口的增長(cháng)和發(fā)展中國家的經(jīng)濟增長(cháng)正在推動(dòng)鐵礦石、銅和其他礦產(chǎn)資源以及天然氣的開(kāi)采。

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

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

1機器人減速器和伺服電機用軸承的技術(shù)

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

1.1伺服電機軸承技術(shù)

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

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

圖1  編碼器仿真試驗簡(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）導致編碼器盤(pán)的輸率變化

圖4   編碼器仿真試驗結果（潤滑脂/密封類(lèi)型）

1.2機器人減速器軸承技術(shù)

　　由于機器人減速器用于手臂關(guān)節，因此要求緊湊、輕量、短的空行程、高剛度和長(cháng)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)，設計了在有限空間內具有高剛度、長(cháng)壽命的特殊軸承。具體示例如圖5所示。通過(guò)優(yōu)化設計內部參數（如球數、接觸角、預載荷），實(shí)現高剛度和長(cháng)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   機器人減速器軸承設計示例

2 礦山機械和頁(yè)巖氣工業(yè)機械用軸承的技術(shù)

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

2·1礦山機械軸承技術(shù)

　　礦用輸送機的皮帶輪總長(cháng)達幾公里或更長(cháng)，通常使用調心滾子軸承。該類(lèi)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內部游隙進(jìn)行精確控制，所以采用無(wú)密封式軸承。NSK開(kāi)發(fā)了高密封性調心滾子軸承（圖6、圖7），采用獨特的螺栓固定密封，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   輸送機用具有高可靠性和良好密封性的調心滾子軸承

圖7   新軸承的技術(shù)特征

　　常規產(chǎn)品和新產(chǎn)品在礦區的試驗結果如圖8所示。常規產(chǎn)品在使用約1年后出現剝落，而新軸承未出現諸如剝落的異?，F象。潤滑脂中的污染物數量約為常規產(chǎn)品的1/10，證明具有高密封性。

圖8   潤滑脂中顆粒的對比

2·2液化氣泵軸承技術(shù)

　　液化氣泵是專(zhuān)用泵（圖9），用于在油輪或陸上工廠(chǎng)接收、運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、高自潤滑的碳氟樹(shù)脂，保持架采用特殊的鉚釘固定（圖10）。
 

圖9   液化氣泵的結構簡(jiǎn)圖

圖10   液化氣泵軸承的結構見(jiàn)圖

　　近年來(lái)，采用氮化硅陶瓷球軸承作為防止泵用電機逆變導致電蝕的措施越來(lái)越多。這些陶瓷球具有優(yōu)異的耐蝕性，因此預期使用壽命更長(cháng)，可靠性更高。然而，由于陶瓷的線(xiàn)膨脹系數與內、外圈用不銹鋼相比非常小，因此徑向內部游隙在室溫到極低溫（-196℃）的范圍內有較大的變化。作為對策，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(xiàn)膨脹系數接近內、外圈用不銹鋼的線(xiàn)膨脹系數。

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(kāi)采鉆頭軸承技術(shù)

　　最近在地表以下約2000m處的頁(yè)巖層開(kāi)采石油和天然氣成為可能，導致開(kāi)采量迅速增加，主要是在北美。用于鉆孔達頁(yè)巖層的鉆孔電機載荷很大，其內部軸承由泥水潤滑（鉆孔電機結構如圖12所示）。軸承的主要要求是即使在使用泥水潤滑的情況下，也能使滾道磨損減至較小，并且在運行期間套圈和滾動(dòng)體不會(huì )斷裂。滿(mǎn)足以上要求的軸承為四點(diǎn)接觸球軸承（多級），內、外圈由滲碳鋼制成，球由S2工具鋼(ASTMA681)制成。

圖12 鉆孔電機結構

　　NSK已完成了新軸承的現場(chǎng)評估，內、外圈采用了獨特材料。因此，證實(shí)軸承沒(méi)有斷裂，其磨損特性也優(yōu)于當前滲碳材料（圖13）。NSK將繼續與鉆機制造商合作，以建立優(yōu)化軸承的技術(shù)規范。

圖13 現場(chǎng)試驗后的軸承內部狀況

　　本文介紹了工業(yè)機械軸承的技術(shù)。近年來(lái)“智能”表示優(yōu)化、多功能化、節能等，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)機械同樣推進(jìn)了“智能 開(kāi)發(fā)，以在維護領(lǐng)域實(shí)現高效節能生產(chǎn)和節省人力。不僅需要滿(mǎn)足軸承的常規小尺寸、輕量、高承載能力、長(cháng)壽命，而且面臨新要求（如軸承劣化診斷和軸承預期壽命預測）。NSK將繼續開(kāi)發(fā)軸承，以滿(mǎn)足這些要求。