充分利用轴承

适当的尺寸，安装和润滑，轴承将保持您的系统在其最佳表现。

轴承在整个运动系统中起着至关重要的作用，无论是在电机、编码器、执行器还是其他地方。轴承提供支持和稳定性，同时将滑动摩擦转换为滚动摩擦，允许系统以更小的扭矩和更高的速度定位负载。正确的轴承可以降低功耗，增加寿命，提高系统的整体性能。错误的轴承可能导致过早故障，增加停机时间，增加系统所有部件的磨损和疲劳。让我们仔细看看如何为您的系统选择正确的轴承，重点是权衡和实现预期性能的最佳方法。

旋转轴承由困在外圈或内圈之间的一系列滚动部件组成。保持架将滚动元件固定在适当的位置，防止它们在旋转过程中相互接触，从而最大限度地减少摩擦(见图1)。尽管存在各种各样的轴承，运动控制系统最常用的是滚珠轴承和滚子轴承。球轴承在特定的点承担载荷，而滚子轴承施加直线载荷。

球轴承可以容纳非常高的速度和擅长散热，但因为他们只具有点接触，他们不能支持高负荷而没有过早失效的风险。相反，滚子轴承将负荷分布在一条线上而不是一点上。滚子轴承可以是圆柱形、球形(外滚圈的内表面具有球形)、锥形(轴承的特征是锥形滚子和内、外滚圈的角度像圆锥的截锥)或针形。滚子轴承的缺点是，增加的表面积增加了摩擦，从而产生热量，限制了它们的最高速度。

We can split up the force applied to a bearing into the radial load, which is perpendicular to the shaft (e.g., the load applied to a dockside crane) and the thrust load, which is parallel to the shaft (e.g., the force applied by a ram-style actuator). Each type of bearing has the ability to handle a characteristic ratio of axial load to radial load. Tapered roller bearings, for example, excel at handling both high radial forces and high thrust forces (see figure 2). Deep-groove ball bearings likewise accommodate high radial loads. Sometimes, the best solution is a mix of the two. “Tapered roller bearings can handle higher degrees of axial load to radial load than a spherical roller bearing or deep groove ball bearing," says Ian Rubin, director of marketing for mounted bearings at Emerson Industrial Automation. “You’re going to typically have two bearings to support a shaft. You can design it so that you maybe have an angular contact bearing to handle that thrust load and a deep-groove ball bearing to take care of the radial load."

对于既需要高速又需要高负载的应用程序呢?最好的方法是仔细分析应用程序。你是否在一台99%的时间都能承受100或200磅负载的起重机上工作，但偶尔需要在非常短的时间内承受1000磅负载?最好的办法是围绕最常见的负载进行设计，但构建一个可以间歇地处理负载峰值的系统。是的，峰值会降低生命周期，但如果加载是间歇性的或发生非常低的速度，您可能可以设计一个系统来适应这些问题。

选择一个轴承
选择电机和驱动，集成变速箱，编写控制程序是很容易的。设计师常常把轴承的选择留到最后。不过，为了获得最佳性能，他们确实应该在系统的机械设计期间预先指定轴承。在这个过程中解决这个问题太晚了，可能没有好的解决方案。铁姆肯公司的应用工程师Scott Lafalam说:“有人会进来说，‘嘿，我已经粗略地设计出了这些负载和这么大的轴承空间。(新罕布什尔州基恩)。“我们必须回来告诉他们，在物理上设计一个承载能力足以满足这些要求的轴承是不可能的。他们需要更大的空间装轴承。他们必须回去重新设计，或者想出其他选择。”

对于高速，高精度应用，如机床，预载的角度接触球轴承提供了最佳性能。在安装期间预加载它们限制轴承轴上的无线电播放的量。当涉及一些未对准的较重负载时，球形滚子轴承提供了良好的解决方案。如果应用需要高刚度，则成对使用的锥形滚动轴承可以增强稳定性。在较高的速度下，圆柱形滚子轴承可能提供最佳性能。

这里重要的是要注意，简单地过大尺寸的轴承，以适应高负荷是关于解决方案。诚然，尺寸过小的轴承可能过早失效，但如果轴承过大，滚珠或滚子可能打滑而不是滚动。这就产生了摩擦，摩擦又产生了热量。打滑会破坏赛车，进而影响滚动元素。最终的结果是早期的失败。预加载轴承，以确保滚动元件的作用，可以帮助防止这一问题。

润滑方式
也许在规格不当后轴承失效的最大来源是不良的润滑做法。L10的寿命-在这一点上，90%的给定块相同的轴承将仍然运行-是基于适当的润滑。润滑执行许多重要的任务。它最大限度地减少摩擦，它有助于传递热量的滚动元素，它也可以帮助消除污染，增加寿命。

在选择润滑剂时，需要充分了解系统的运行环境。轴承的预期工作温度是多少?有外部热源吗?这个过程是在烤箱里还是在冰箱里进行?热环境还是冷环境?在选择润滑剂之前，需要审查所有这些要点。

热往往使油和润滑脂的粘性降低，而低温使它们更粘。在高粘度时，润滑脂实际上可能增加轴承和电机的负载，产生热量并导致过早失效。在低粘度时，油脂或油可能不会留在滚动元件上，导致它们干燥，并遭受与打滑带来的相同问题。对于在极端温度下运行的系统，油滴或油雾系统可以提供最好的解决方案。

必须按照适当的时间表对轴承进行再润滑，并仔细注意最佳做法。另一种选择是终身密封轴承。重要的是要理解这意味着什么。这不是一个轴承具有无穷寿命的问题，而是轴承的运行寿命比内部使用的润滑剂的寿命短。

承担问题
由于轴承在几乎每个运动系统的核心处，所以轴承的问题会产生系统¾和反之亦然的问题。在系统的上下文中评估错误是很重要的。“我们听到的症状的头号症状是，”我有一个热的运行轴承，“SKF美国的应用工程经理Mike Cudler说。“有什么影响工作温度？你叫做它 - 也许轴承坐在轴上太紧，也许它的运行速度比应该或经受太高的负载。真的，就在你达到灾难性的失败之前，温度是最简单的报告。“在轴承最终失败之前也是最后发生的事情。

轴承选择不当的部分问题在于，它会在整个系统中产生分支。Rubin说:“根据应用情况，轴承磨损的微小变化可能会损坏系统中的其他设备。”“如果你的皮带磨损了一点，你没有接住它，那么你的皮带就开始磨损，这会给你的发动机带来额外的压力，接下来你就会知道，你的发动机会烧坏。”我们已经见过。你更换了马达，同样的事情也会发生，因为系统没有对齐。”

“We were dealing with a fan application for a customer in the drug industry," says Cutler. "He said, ‘you know, if we lose this fan unexpectedly, we lose the product that it’s processing, which is to the tune of $1.5 million.’ The bearing cost only $50 that they were using in this application." The moral of that particular story is that the cost of the bearing needs to be evaluated within the context of the costs of downtime. “Years ago there was a Fram oil filter commercial with the tagline, ‘You can pay me now or you can pay me later.’ Nobody can avoid everything and no product is failsafe, but by properly selecting upfront, you have less risk, you can plan for maintenance, you can plan for downtime - or, you can skip it and pay the price afterward.”

最终，指定支持设备的关键部分的最佳方法是尽早考虑并与您的供应商密切合作。不要忘记与你的最终用户沟通。尽管您可能已经设计了一台机器以指定的速度运行，但通常情况下，一旦机器安装好，用户的自然反应是让它运行得更快。在这种情况下，您需要回到您的供应商，并找出您需要做什么，以确保系统能够适应新的操作条件。通过适当的规划，您的轴承将优化系统性能，并确保它持续很长时间。