在許多工程設備的應用上,獲取部件在轉(zhuǎn)動或軸向移動時的準確信息是非常重要的。而隨著各種行業(yè)生產(chǎn)流程正追求更高程度的自動化,精確的運動控制也變得越來越重要。此外,為降低生產(chǎn)成本,制造商也需要一個整體的解決方案,以設計出更加輕巧簡單的結構(→圖1),例如通過傳感器軸承單元,可以得到以下信號:
1.轉(zhuǎn)動圈數(shù)
2.速度
3.轉(zhuǎn)動方向
4.相對位置/計數(shù)
5.加速度或減速度
SKF傳感器軸承單元
SKF傳感器軸承單元(→圖2)是機電合一體化的裝置,包含了傳感器和軸承領域的技術。實際上,這種軸承單元是一種用途廣泛的球軸承和屏蔽式傳感器的結合體。傳感器的主體、脈沖圈和軸承是以機械方式互相連接,組成一個可以現(xiàn)成安裝的裝置。
SKF設計的專利傳感器軸承單元,是一個簡單和堅固的裝置,組成部分包括:
·SKF探索者深溝球軸承
·SKF有源傳感器
SKF傳感器軸承單元是一種特殊設計的裝置,可以用作電機和機械控制中的增量式編碼器。它特別適用于異步電動機的控制,因為這種編碼器可以準確可靠的提供出大多數(shù)異步電動機控制時所需要的編碼信號。這種單元適用于內(nèi)圈轉(zhuǎn)動和外圈固定的應用,但亦可根據(jù)要求,提供用于內(nèi)圈固定和外圈轉(zhuǎn)動的設計,例如運輸帶系統(tǒng)中的應用。有關詳細信息、請向SKF查詢。
SKF探索者深溝球軸承
SKF探索者深溝球軸承適用于高轉(zhuǎn)速的應用,而且堅固耐用,并無需經(jīng)常維護。這種軸承不僅可以承受相當?shù)膹较蜇摵?,還能同時承受軸向負荷,并用作固定端軸承,在兩個方向上作軸向定位。此外,這種軸承還有高精度、低噪聲和低摩擦等特點。有效的密封和預裝有高質(zhì)量的潤滑脂,能提供軸承終身潤滑,而且無需維護。
SKF有源傳感器裝置
SKF傳感器軸承單元內(nèi)的有源傳感器,設計緊湊和堅固,功能有如一個增量式編碼器。它可以在零速及零速以上提供精確的測量。其主要組件包括脈沖圈和帶連接電纜的傳感器主體。復合式的磁化脈沖圈連接在軸承的內(nèi)圈上。根據(jù)不同的軸承尺寸,分成若干數(shù)量的南北極。每一轉(zhuǎn)能輸出32至80個脈沖信號。
傳感器主體是采用SKF的專利技術安裝在軸承的外圈上。傳感器主體有兩個位置相反的感應元件,可以用來確定轉(zhuǎn)動的方向。在一個很小型的集成電路中包含了作為激發(fā)元件的霍爾發(fā)生器,以及用作信號放大和轉(zhuǎn)換的電子電路。通過施密特觸發(fā)器將霍爾傳感器產(chǎn)生的模擬正弦信號放大和轉(zhuǎn)換為方形波信號(→圖3),根據(jù)超前的信號便可確定轉(zhuǎn)動的方向。
兩個傳感器可以提供雙倍數(shù)量的脈沖,以標準軸承一個傳感器能提供64個脈沖計算,即每一轉(zhuǎn)可提供128個脈沖。在計算脈沖的上升邊和下降邊沿時,最高可得到每轉(zhuǎn)256個脈沖,即相應的分辨率為1,4度。
有源傳感器需要外接電源并通過集電極開路電路將信號輸出。
一般資料和數(shù)據(jù)
設計
SKF傳感器軸承單元(→圖4)包括以下組件:
·SKF探索者深溝球軸承,一側(cè)帶RS1接觸式密封,外圈帶止動環(huán)槽(a)
·磁脈沖圈(b)
·傳感器主體(c)
·連接電纜(d)
軸承帶密封圈的另一側(cè),脈沖圈和傳感器主體形成一個有效的迷宮式密封。脈沖圈是一個復合磁圈,根據(jù)不同的軸承尺寸,有一定數(shù)量的南北極(在32至80之間)。脈沖圈連接裝在軸承的內(nèi)圈上。
傳感器主體內(nèi)有兩個嵌入式的霍爾感應器,并安裝在軸承的外圈上,這方面是SKF的一項專利技術。連接電纜往徑向方向伸出,標準長度約500mm。為了配合與其它電子裝置之間不同的連接方式,SKF傳感器軸承單元(→圖5)能提供三種不同的設計:
·設計1:無連接插頭
·設計2:AMP Superseal連接插頭,AMP Nos.282106-1和282404-1
·設計3:AMP Mate-N-Lock連接插頭,AMP Nos.350779-1,350811-1和350924-1
尺寸
SKF傳感器軸承單元是基于62系列的SKF探索者深溝球軸承,直徑符合ISO 15:1998標準,但由于軸承的一側(cè)連接著傳感器,因此寬度稍大于標準的軸承。
公差
根據(jù)不同的軸承尺寸,SKF傳感器軸承單元內(nèi)的軸承根據(jù)P5公差(d≤25mm)或P6公差(d≥30mm)制造,公差范圍符合ISO 492:2002標準,參見在129頁和130頁的表7和表8。
內(nèi)部游隙
SKF傳感器軸承單元的標準徑向內(nèi)部游隙為C3,符合ISO 5753:1991標準中深溝球軸承的規(guī)定。徑向內(nèi)部游隙范圍列在產(chǎn)品表中,僅適用于未安裝和無測量負荷的軸承。
允許轉(zhuǎn)速
SKF傳感器軸承單元的允許轉(zhuǎn)速符合相應于密封軸承的極限轉(zhuǎn)速。如果傳感器軸承單元需要在高于產(chǎn)品表中的極限轉(zhuǎn)速下運行,請先向SKF查詢。
運行溫度范圍
SKF傳感器軸承單元經(jīng)過長時間的驗試,適用工作溫度范圍在-40至+120℃之間。如果需要長時間在超過+120℃或最高達到+150℃的溫度下運作,請先向SKF查詢。
電氣接口數(shù)據(jù)
有源傳感器需要在5至24V之間的穩(wěn)定電壓下才可以工作,并通過一個集電極開電路將信號輸出(→圖6)。在供電電壓與輸出信號之間加上一個電阻,可以將輸出電流限制在20mA以下(→958頁的表1)。信號輸出的特性可參見958頁的表2。
電磁兼容性
SKF傳感器軸承單元可以在符合歐洲標準EN50082-2所描述的電磁環(huán)境下運作。
表1 | ||
電氣參數(shù) | ||
電壓 | 建議電阻值 | |
R | P | |
V | Ω | W |
5 | 270 | 0,25 |
9 | 470 | 0,25 |
12 | 680 | 0,25 |
24 | 1500 | 0,5 |
表2 | |
信號輸出的特性 | |
特性 | 技術數(shù)據(jù) |
信號類型 | 數(shù)字方形波 |
信號數(shù)量 | 2 |
相移 | 90度 |
工作周期 | 一個周期的50% |
在支承一根軸時,通常需要兩個軸承;一個固定端軸和一個浮動端軸承。由于SKF傳感器軸承單元主要用作固定端軸承,在軸的另一端需要由一個浮動端軸承支承。如果SKF傳感器軸承單元需要承受作用在兩個方向的重負荷,在安裝時,應將較重的軸向負荷作用在軸承裝有傳感器的另一側(cè)。
徑向定位
根據(jù)一般的公差配合,內(nèi)圈與軸之間應為過盈配合,而外圈與軸承座之間應為間隙配合。由于軸承單元的連接電纜往徑向方向伸出,基本上已確定了外圈與軸承座之間的相對位置。在軸承座或軸承座的端蓋罩必須留有足夠空間的電纜槽(→圖7)。建議在軸承座上加工一道寬度約9至15mm的徑向凹槽,以防止連接電纜因過度轉(zhuǎn)動而受到損壞。
軸定位
過盈配合的內(nèi)圈通??梢酝ㄟ^軸肩、隔套或定位環(huán)等,將其在兩個方向上進行定位。根據(jù)不同的軸承尺寸,外圈的軸向定位可以采用不同的方法。
內(nèi)徑25mm或以下的軸承,可以把外圈裝有傳感器的另一側(cè)靠在軸承座的孔肩以作軸向定位。
·如果軸承僅僅承受一個較輕的軸向負荷,或者沒有另一個方向的軸向負荷,那么在軸承座內(nèi)用一個定位環(huán)對軸承的傳感器一側(cè)進行定位便已足夠(→圖7)
·在需要承受重軸向負荷的情況下,SKF建議通過以螺栓將端蓋鎖緊在軸承座上對軸承定位。這里,端蓋和軸承座之間的鎖緊是通過傳感器軸承外圈的定位環(huán)進行
對于較大的軸承,應把外圈裝有傳感器的另一側(cè)靠在軸承座的孔肩。而在裝有傳感器的一側(cè),可以通過以下的方法作軸向定位:
·利用一個薄壁的隔套,并帶開槽以讓連接電纜通過,隔套的一端靠在軸承上,另一端靠在一個卡環(huán)上(→圖8)
·以螺栓鎖緊在軸承座上的端蓋
擋肩的尺寸可參見產(chǎn)品表。如果需要更詳細的信息,請參閱“SKF傳感器軸承單元”型錄(SKF Sensor-Bearing Units-concentrate intelligence in your motion control)或向SKF查詢。
安裝SKF傳感器軸承單元時,必須小心避免損壞傳感器和連接電纜。SKF可根據(jù)要求提供有關安裝和連接的指導和服務,詳細情況請向SKF查詢。
潤滑和維護
SKF傳感器軸承單元是一個帶密封、可現(xiàn)成安裝和隨時使用的軸承單元。單元內(nèi)的軸承裝有聚脲基潤滑脂,能提供軸承的終身潤滑,工作溫度范圍在-40至+120℃之間。潤滑脂填充量是根據(jù)軸承的大小而定。SKF傳感器軸承單元本身是無需維護的。
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