产品选型

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传感器轴承单元

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传感器轴承单元

在许多工程设备的应用上,获取部件在转动或轴向移动时的准确信息是非常重要的。而随着各种行业生产流程正追求更高程度的自动化,精确的运动控制也变得越来越重要。此外,为降低生产成本,制造商也需要一个整体的解决方案,以设计出更加轻巧简单的结构(→图1),例如通过传感器轴承单元,可以得到以下信号:

1.转动圈数

2.速度

3.转动方向

4.相对位置/计数

5.加速度或减速度


SKF传感器轴承单元

SKF传感器轴承单元(→图2)是机电合一体化的装置,包含了传感器和轴承领域的技术。实际上,这种轴承单元是一种用途广泛的球轴承和屏蔽式传感器的结合体。传感器的主体、脉冲圈和轴承是以机械方式互相连接,组成一个可以现成安装的装置。

SKF设计的专利传感器轴承单元,是一个简单和坚固的装置,组成部分包括:

·SKF探索者深沟球轴承

·SKF有源传感器

SKF传感器轴承单元是一种特殊设计的装置,可以用作电机和机械控制中的增量式编码器。它特别适用于异步电动机的控制,因为这种编码器可以准确可靠的提供出大多数异步电动机控制时所需要的编码信号。这种单元适用于内圈转动和外圈固定的应用,但亦可根据要求,提供用于内圈固定和外圈转动的设计,例如运输带系统中的应用。有关详细信息、请向SKF查询。

SKF探索者深沟球轴承

SKF探索者深沟球轴承适用于高转速的应用,而且坚固耐用,并无需经常维护。这种轴承不仅可以承受相当的径向负荷,还能同时承受轴向负荷,并用作固定端轴承,在两个方向上作轴向定位。此外,这种轴承还有高精度、低噪声和低摩擦等特点。有效的密封和预装有高质量的润滑脂,能提供轴承终身润滑,而且无需维护。

SKF有源传感器装置

SKF传感器轴承单元内的有源传感器,设计紧凑和坚固,功能有如一个增量式编码器。它可以在零速及零速以上提供精确的测量。其主要组件包括脉冲圈和带连接电缆的传感器主体。复合式的磁化脉冲圈连接在轴承的内圈上。根据不同的轴承尺寸,分成若干数量的南北极。每一转能输出32至80个脉冲信号。

传感器主体是采用SKF的专利技术安装在轴承的外圈上。传感器主体有两个位置相反的感应元件,可以用来确定转动的方向。在一个很小型的集成电路中包含了作为激发元件的霍尔发生器,以及用作信号放大和转换的电子电路。通过施密特触发器将霍尔传感器产生的模拟正弦信号放大和转换为方形波信号(→图3),根据超前的信号便可确定转动的方向。

两个传感器可以提供双倍数量的脉冲,以标准轴承一个传感器能提供64个脉冲计算,即每一转可提供128个脉冲。在计算脉冲的上升边和下降边沿时,最高可得到每转256个脉冲,即相应的分辨率为1,4度。

有源传感器需要外接电源并通过集电极开路电路将信号输出。

 一般资料和数据

设计

SKF传感器轴承单元(→图4)包括以下组件:

·SKF探索者深沟球轴承,一侧带RS1接触式密封,外圈带止动环槽(a)

·磁脉冲圈(b)

·传感器主体(c)

·连接电缆(d)

轴承带密封圈的另一侧,脉冲圈和传感器主体形成一个有效的迷宫式密封。脉冲圈是一个复合磁圈,根据不同的轴承尺寸,有一定数量的南北极(在3280之间)。脉冲圈连接装在轴承的内圈上。

传感器主体内有两个嵌入式的霍尔感应器,并安装在轴承的外圈上,这方面是SKF的一项专利技术。连接电缆往径向方向伸出,标准长度约500mm。为了配合与其它电子装置之间不同的连接方式,SKF传感器轴承单元(→图5)能提供三种不同的设计:

·设计1无连接插头

·设计2AMP Superseal连接插头AMP Nos.282106-1282404-1

·设计3AMP Mate-N-Lock连接插头AMP Nos.350779-1350811-1350924-1

尺寸

SKF传感器轴承单元是基于62系列的SKF探索者深沟球轴承,直径符合ISO 15:1998标准,但由于轴承的一侧连接着传感器,因此宽度稍大于标准的轴承。

 

公差

根据不同的轴承尺寸,SKF传感器轴承单元内的轴承根据P5公差(d25mm)P6公差(d30mm)制造,公差范围符合ISO 492:2002标准,参见在129页和130页的表7和表8。

内部游隙

SKF传感器轴承单元的标准径向内部游隙为C3,符合ISO 5753:1991标准中深沟球轴承的规定。径向内部游隙范围列在产品表中,仅适用于未安装和无测量负荷的轴承。

允许转速

SKF传感器轴承单元的允许转速符合相应于密封轴承的极限转速。如果传感器轴承单元需要在高于产品表中的极限转速下运行,请先向SKF查询。

运行温度范围

SKF传感器轴承单元经过长时间的验试,适用工作温度范围在-40+120℃之间。如果需要长时间在超过+120℃或最高达到+150的温度下运作,请先向SKF查询。

电气接口数据

有源传感器需要在524V之间的稳定电压下才可以工作,并通过一个集电极开电路将信号输出(→图6)。在供电电压与输出信号之间加上一个电阻,可以将输出电流限制在20mA以下(→958页的表1)。信号输出的特性可参见958页的表2。

电磁兼容性

SKF传感器轴承单元可以在符合欧洲标准EN50082-2所描述的电磁环境下运作。

 

    表1
电气参数  
电压 建议电阻值  
  R P
V Ω W
5 270 0,25
9 470 0,25
12 680 0,25
24 1500 0,5

 

  表2
信号输出的特性  
特性 技术数据
信号类型 数字方形波
信号数量 2
相移 90度
工作周期 一个周期的50%

 传感轴承尺寸的选择

  在考虑轴承的功能时,选择SKF传感器轴承单元的所需尺寸时,可以根据选择标准深沟球轴承的方法(参见→从49页开始的“轴承尺寸的选择”一节的说明)。

传感器轴承单元的应用

在支承一根轴时,通常需要两个轴承;一个固定端轴和一个浮动端轴承。由于SKF传感器轴承单元主要用作固定端轴承,在轴的另一端需要由一个浮动端轴承支承。如果SKF传感器轴承单元需要承受作用在两个方向的重负荷,在安装时,应将较重的轴向负荷作用在轴承装有传感器的另一侧。

径向定位

根据一般的公差配合,内圈与轴之间应为过盈配合,而外圈与轴承座之间应为间隙配合。由于轴承单元的连接电缆往径向方向伸出,基本上已确定了外圈与轴承座之间的相对位置。在轴承座或轴承座的端盖罩必须留有足够空间的电缆槽(→图7)。建议在轴承座上加工一道宽度约915mm的径向凹槽,以防止连接电缆因过度转动而受到损坏。

轴定位

过盈配合的内圈通常可以通过轴肩、隔套或定位环等,将其在两个方向上进行定位。根据不同的轴承尺寸,外圈的轴向定位可以采用不同的方法。

内径25mm或以下的轴承,可以把外圈装有传感器的另一侧靠在轴承座的孔肩以作轴向定位。

·如果轴承仅仅承受一个较轻的轴向负荷,或者没有另一个方向的轴向负荷,那么在轴承座内用一个定位环对轴承的传感器一侧进行定位便已足够(→图7)

·在需要承受重轴向负荷的情况下,SKF建议通过以螺栓将端盖锁紧在轴承座上对轴承定位。这里,端盖和轴承座之间的锁紧是通过传感器轴承外圈的定位环进行

对于较大的轴承,应把外圈装有传感器的另一侧靠在轴承座的孔肩。而在装有传感器的一侧,可以通过以下的方法作轴向定位:

·利用一个薄壁的隔套,并带开槽以让连接电缆通过,隔套的一端靠在轴承上,另一端靠在一个卡环上(→图8)

·以螺栓锁紧在轴承座上的端盖

挡肩的尺寸可参见产品表。如果需要更详细的信息,请参阅“SKF传感器轴承单元”型录(SKF Sensor-Bearing Units-concentrate intelligence in your motion control)或向SKF查询。

  

 安装

安装SKF传感器轴承单元时,必须小心避免损坏传感器和连接电缆。SKF可根据要求提供有关安装和连接的指导和服务,详细情况请向SKF查询。

润滑和维护

  SKF传感器轴承单元是一个带密封、可现成安装和随时使用的轴承单元。单元内的轴承装有聚脲基润滑脂,能提供轴承的终身润滑,工作温度范围在-40+120℃之间。润滑脂填充量是根据轴承的大小而定。SKF传感器轴承单元本身是无需维护的。