舍弗勒丨INA/FAG世界上性能优秀的转台轴承

世界上性能优秀的转台轴承-加倍的转台转速

由于紧凑的转台轴承支撑，舍弗勒工业集团改善了双列推力

ZKLDF内部结构， 改进后的轴承极限转速是原来极限转速的两倍。 与此同时，在摩擦力矩降低的同时轴承的精度和刚度并未降低。 尤其配套使用来自IDAM，转速显著提升的RKI后，之前在车、铣床上不能使用标准组件的情况有所扭转。

更高转速，更低摩擦

持续的改善，需要布置的轴承特性也有相应的提高。 机床转台通常装备额外的主轴功能以备车削。 转台轴承必须满足机床旋转运动中对速度、摩擦力矩、刚度和精度的要求。 在这里，极限转速尤其重要。 这决定了理想切削速度下最小切削直径 , 图2。

就机床的作业能力而言，如下所示：最大化的生产效率，优良的表面质量，更小的加工直径。

在布置中，减小在维护或改良过程中对摩擦的影响很重要，如承载能力的增加和刚度的提高。

新一代内部结构优化的B型系列轴承成功展示了舍弗勒 工业集团在所有轴承中加倍轴承极限转速nG中取得的成功。 例如，系列轴承之前的A版本中的极限转速是1000min–1在B版本中增加到2000min–1,图3.

图 1: 推力角接触转台球轴承ZKLDF和力矩电机RKI         图 2: 通过增加的极限转速ZKLDF..-B，                                                图 3: ZKLDF..-B提高极限转速

                                                                                           扩大切削直径范围。

显著降低摩擦力矩和发热

为了提高极限转速，在不减小轴承刚度的情况下，轴承的摩擦力矩显著降低 , 图6。 例如，在任意的工作点上，在转速在1000min–1 没有外部载荷的情况下， 325规格的轴承摩擦力矩从3,8Nm降低到1,3Nm。 几乎降低了原来摩擦力的三分之一，这不但能提高轴承的转速，而且还可以减少因为摩擦而导致的轴承温升。 轴承温度越低，机床因为热感应而导致的结构变形就越小。这样，机床的精度就越高。

实际情况如下： 即使在2000min–1的转速下， 325规格的轴承平均摩擦力矩大约3Nm，内外套圈的热平衡温度仅仅比环境温度高20K, 图7.

扩展的再润滑选择

作为B版本革新的一部分，轴承的设计进一步优化。 为了进一步扩展再润滑附件，新一代B版本轴承不但在轴承外圈有润滑沟槽，而且在轴承轴向安装面上还有润滑管道。

润滑脂的供给并不受轴承径向支座设计的影响 , 图4 和图5。

         图4: 通过外圈润滑沟槽润滑               图 5: 通过外圈轴向安装面润滑               图 6: 在不影响刚度的情况下，                                   图 7: 降低的轴承摩擦，在长期运转下最小的发热

                                                                                                                                      降低摩擦力矩   

高性能RKI系列力矩电机直驱转台

来自IDAM的新型高性能力矩电机RKI提供了杰出的之前无法达到的优越的动态性能 , 图8。

图8: RKI系列直驱电机

相较于RI系列， RKI系列力矩电机转速增加400%，扭矩增加近30%，因此RKI 力矩电机备受机床领域的青睐。

精简是另一个令人信服的地方。 相同的动力等级，电机尺寸可以调整，电机和变频器成本降低。

RKI系列力矩电机的设计

新型RKI直驱力矩电机相较于标准的RI系列力矩电机转子表面没有贴付永磁铁。 RKI系列力矩电机转子由一系列镶嵌大量的磁铁的铁片组成。 这种磁场系统可以形容为打包的磁通量。 这种嵌入式结构的磁通量几乎比表面磁铁的磁通量高出30%左右。 从公式F=B·I·l可以清楚的看得出， 30%磁通量的增加可以直接导致30%磁力增加。 前提是，假设电流力I和线圈长度不变。

同时也可以看出，只需要简单的更换转子就可以增加力矩电机（定子和转子）30%的力矩。 增加的30%力矩对整个系统反电压常数和速度调整有一定影响。

无论什么时候磁场穿过线圈，都会使线圈的电压下降。

电压下降的数量取决于转子磁铁的速度。

速度越快，或者说磁场变换速度越快，电压下降越大。 这就产生一个问题，当有很高的反电动势产生时，想要保证电机的电流就很难。 这种情况下，在轴不能测量之前，会有剧烈的振动。

这种现象出现的时间 主要取决于两个值： 变频器电路直流母线电压和电机感应系数 （反电动势常数）。 普通变频器允许的最大电路母线电压规定在540V和600V之间。

这意味着，改变马达的转速的唯一办法就是调整线圈。 线圈厚度的增加会减小电机感应系数。 感应系数的减小通过增加马达安培数来补偿。 如果感应系数减半，相应地，电流数需要加倍。

转矩，载荷频率和闭合力

每一种系统都有一定的线圈设计电流。 例如，设计原则是1安培电流不能通过导体横截面面积1mm2的50圈线圈，2安培的电流不能通过导体横截面面积2mm2的25圈线圈。马达的设计原则也是一样的。

同样标准的WL线圈配置的RKI和RI电机比较中，可以很直观的看到， RKI设计的转速相较于 RI要低 , 图9。

在新型RKI大电流线圈Zx设计中，力矩和转速都有了很明显的提高。

通过线圈的调整，机械动力增加五倍。

在设定的扭矩下，对效率和温升导致的能耗上的关注也给与了明显的改进。根据马达常数可以有一个直接的比较。马达常数km(Nm/W1/2) 表示在一定的力矩下马达产生的热量。 热功损耗可以用公式Pv=(M/km)2计算，从公式不难看出，如果km减半热功损耗就会变为

原来的四倍。 从RI系列和RKI系列的比较表明在同样的力矩下，可以降低60%的热功损耗。 最终，温升减小，对冷却系统的要求也就降低了。 这也导致了运行成本的降低（TCO）。

应用

具备以上优点，RKI系列可以应用于低速或高速转台或大功率主轴。 因为力矩的增加，不管是精简还是应用升级都可以避免从根本上改变设计。

转速Zui快的转台

通过采用B版本的推力角接触球轴承ZKLDF和RKI电机，标准配置的转台能够达到之前根本不能达到的优良性能。 通过这种组合，该产品极大的提高了机床的生产效率。

图9: 不同线圈下RI和RKI系列电机的比较