Мишель Дифранджиа • Помощник редактора

Компоненты для передачи энергии должны удовлетворять постоянно меняющимся требованиям промышленного дизайна, но в современном меняющемся инженерном ландшафте доминируют некоторые тенденции. К ним относятся переход к большей кастомизации, использование новых материалов и требование к увеличению срока службы и долговечности всех компонентов motion. Вот некоторые связанные с этим достижения, которые профессионалы отрасли видят в конструкциях пружин сжатия и волнообразной формы, цепей, стопорных узлов, хомутов вала и уплотнений.

Применение приводит к новым видам применения компрессионных и волновых пружин
Потребность в миниатюрных конструкциях продолжает приводить к изменениям в пружинах сжатия и волновых пружинах. Возможно, самым большим инициатором этой тенденции является медицинская промышленность. “По мере старения населения наблюдается расширение индустрии медицинского оборудования и, соответственно, увеличение использования пружин сжатия”, — сказал Санджив Ривера, вице-президент по продажам и инжинирингу в Lee Spring. “В частности, много исследований и разработок было направлено на создание одноразовых медицинских технологий”.

На самом деле, медицинские приложения, такие как имплантируемые устройства или хирургические инструменты, всегда выигрывают от того, что они меньше, согласен Бен Москалик, старший инженер по исследованиям и разработкам Smalley Steel Ring Co.

По словам Риверы, имплантационные устройства революционизируют методы практической медицины. “Некоторые операции, которые были бы стационарными процедурами, с помощью наших пружин и инновационных продуктов теперь могут выполняться как амбулаторные процедуры”.

Чем меньше компоненты, тем меньше инструмент, тем проще с ним обращаться — например, с ручным электроинструментом, таким как аккумуляторная дрель. “Возможность изготовления пружин меньшего диаметра находится на переднем крае этих технологических достижений”, — добавил Москалик. Кроме того, волновые пружины в этих компактных конструкциях имеют небольшое преимущество перед спиральными пружинами сжатия. По словам Москалика, это потому, что они получают одинаковую скорость пружинения и прогиб примерно в два раза меньше длины.

Волновая пружина — это просто альтернативная форма обычной винтовой пружины, которая позволяет проектировщикам размещать сопоставимые нагрузки в более узких пространствах. “По мере того, как все больше инженеров осознают это преимущество, мы наблюдаем гораздо более широкое использование wave spring как в существующих, так и во вновь разрабатываемых приложениях”, — сказал Ривера.

тенденции 2016 года в цепочках поставок
Когда дело доходит до цепей, все дело в более длительном сроке службы, долговечности и смазке. “Распространенный в области обработки материалов, транспортировки продуктов и передачи электроэнергии, продукт базовой цепи в целом остается относительно стабильным”, — сказал Джон Утц, технический директор Rexnord. — Но предпринимаются последовательные усилия по повышению надежности, производительности и сроков изготовления продукции”.

Одним из улучшений, ведущих к увеличению срока службы, является тенденция к использованию цепей без смазки или самосмазывающихся. Самосмазывающаяся цепь Lambda от американской компании Tsubaki оснащена закаленными самосмазывающимися втулками, которые полезны в тех случаях, когда поддержание смазки цепи затруднено или невозможно. Рассмотрим такую историю применения: Производитель пищевых продуктов, использующий цепь с уплотнительными кольцами, испытывал преждевременный износ. Инженеры Tsubaki из США определили, что уплотнительные кольца высыхали и выходили из строя из-за того, что их не смазывали должным образом. В результате цепочка работала примерно на шесть месяцев короче, чем ожидалось, что привело к неожиданным простоям и техническому обслуживанию, а также к увеличению затрат и потере производства. Итак, команда инженеров рекомендовала в качестве решения лямбда-цепь без смазки.

“Лямбда-цепь сочетает в себе пропитанные маслом спеченные втулки и штифты с покрытием для долговременной внутренней смазки”, — пояснил Майкл Хоган, старший инженер по проектированию и применению роликов. Прочные ролики аккуратно входят в зацепление со звездочками, создавая плавное сочленение, уменьшая натяжение цепи и продлевая срок службы системы. “В результате перехода на лямбда-цепь заказчик увеличил срок службы своей цепи, что привело к значительному сокращению непредвиденных простоев”, — сказал Хоган.

Проблемы долговечности могут быть решены с помощью альтернативных материалов, покрытий и облицовочных плит. “Многие проблемы, связанные со сложными условиями, часто возникающие в результате борьбы с загрязнением окружающей среды и стремления к улучшению защиты окружающей среды в приложениях, могут создавать суровые условия для цепей”, — сказал Утц. “Следовательно, эти условия требуют постоянного совершенствования, такого как уникальный дизайн изделий и технология нанесения покрытий”.

По мнению Utz, инженерам также следует рассмотреть возможность использования специализированной цепи, когда стандартное изделие быстро изнашивается и возникают значительные затраты на техническое обслуживание.

Цепь Titan от американской компании Tsubaki — это специальная цепь из углеродистой стали, специально разработанная для работы в сложных условиях, подобных описанному Utz. “Цепь имеет твердый штифт с хромированным покрытием и оцинкованные пластины для штифтов”, — объяснил Хоган. “Этот тип цепи был особенно эффективен для продления срока службы в лесозаготовительной промышленности, где преобладают тяжелый мусор, отсутствие надлежащей смазки и высокоскоростная ориентация”.

Кроме того, новые втулки Performax и соединительные звенья с кольцевой чеканкой увеличивают срок службы стандартных цепей. Соединительные звенья с кольцевой чеканкой обладают усталостной прочностью, равной прочности звена цепи с заклепками, что позволяет устранить то, что когда-то было самым слабым звеном, сказал Хоган.

Запорные устройства и хомуты вала
Машиностроение и промышленная автоматизация являются двумя основными движущими силами в разработке новых бесключевых запирающих устройств. “Тенденции, которые мы наблюдаем, в большей степени связаны с сокращением затрат на сборку и техническое обслуживание”, — сказал Джереми Биглер, менеджер по продукции Fenner Drives. “В течение последнего десятилетия все больше внимания уделялось разработке решений для запирающих устройств без ключа в соответствии со спецификациями заказчика”.

Например, недавно у компании Fenner Drives был клиент, который использовал компрессионные втулки B-LOC на конвейере, который перемещает большие панели. Для установки на линейный вал требовалось несколько больших вращающихся дисков. “Ступица B-LOC позволила инженерам упростить конструкцию, устранив необходимость в сварной втулке для больших дисков”, — сказал Биглер. “Они также снизили материальные и трудозатраты за счет устранения шпоночного соединения на линейном валу. До разработки компрессионных втулок B-LOC заказчику приходилось приваривать втулку и приобретать стандартное запирающее устройство.”

На самом деле, инженеры Fenner Drives за последние пару лет разработали три новых бесключевых запирающих устройства:

Эндрю Браун, президент Whittet-Higgins, также видит тенденцию к созданию продуктов на заказ. “Использование высокоскоростных, сверхточных токарных станков и обрабатывающих центров с компьютерным управлением и роботизированной подачей позволяет нам конкурентоспособно производить уникальные и более сложные детали меньшими партиями”, — сказал он.

Браун также отмечает растущую тенденцию использования фиксирующих устройств в приложениях с системами гироскопической стабилизации.

Стержневые хомуты начинают появляться на медицинском рынке благодаря достижениям в технологии стержневых хомутов, которые приносят пользу роботизированным хирургическим конструкциям.

“Несмотря на то, что передовые технологии позволяют создавать такие конструкции, требование к проверенным базовым механическим конструкциям и компонентам в этих инновациях остается”, — сказал Билл Хьюитсон, вице-президент по операционной деятельности Ruland. “Традиционные механические компоненты, такие как хомуты вала, могут обеспечивать конструктивную поддержку, регулировку и механические упоры. Новые материалы, которые в настоящее время используются в манжетах валов — нержавеющая сталь 316, титан, современные пластмассы — обеспечивают повышенную гибкость для инженеров, проектирующих, например, роботизированное хирургическое оборудование”.

Инженеры традиционно используют хомуты для валов в качестве упоров или фиксаторов, но, по словам Артура Стаффорда, президента и старшего инженера Stafford Manufacturing, их начинают чаще использовать для крепления компонентов к валам. “Добавление монтажных плоскостей и фланцев позволяет использовать единую деталь вместо необходимости сваривать или иным образом соединять отдельные детали”, — сказал он.

Рассмотрим другое применение, в котором компания, производящая оборудование для астрофизики и метеорологии, использует монтажный хомут Stafford Accu-Flange для соединения рычагов люка для открывания и закрывания крышек инфракрасных камер для получения изображений неба. “Конфигурация фланца позволяет им использовать готовый продукт, экономя время и затраты на разработку”, — сказал Артур Стаффорд.

По словам Артура Стаффорда, последняя новинка Stafford Manufacturing, серия 3D Freedom, включает в себя цельные, двухкомпонентные и шарнирные хомуты masters, изготовленные из обычных материалов и предназначенные для сопряжения с печатными втулками на заказ, что позволяет пользователям сразу создавать гибридные хомуты для множества применений.

Кроме того, недавно разработанные быстросъемные хомуты позволяют быстро создавать прототипы, обеспечивают удобство и экономят драгоценное время на настройку.

Новые инновации в уплотнениях
Каждая отрасль промышленности ставит перед уплотнителями уникальные задачи по проектированию. “Инженеры из этих отраслей промышленности всегда ищут усовершенствования и расширяют возможности уплотнений”, — сказал Джон Транквили, менеджер по материалам Apple Rubber.

Возьмем, к примеру, аэрокосмическую промышленность, которая отказывается от хромирования. “Теперь наши динамические уплотнения должны эффективно работать на новых поверхностях, таких как керамика или покрытые лазером”, — сказал Колин Маккуин, директор по технологиям Trelleborg Sealing Solutions. Фирменное уплотнение Turcon VL специально разработано для небольших пазов, что делает его популярным выбором для применения в аэрокосмической промышленности.

По словам Маккуина, в конструкциях, приводимых в движение гидравлической системой, гидравлические масла, не содержащие цинка, в сочетании с традиционными уплотнительными материалами приводят к неожиданным повреждениям поверхности. Для борьбы с этим компания Trelleborg теперь предлагает Turcon M12, материал на основе ПТФЭ. “Turcon M12 был разработан специально для этих экологически чистых смазочных материалов — для обеспечения эффективных характеристик трения и увеличения срока службы”, — сказал он.

Снижение трения всегда было главным приоритетом. Здесь за последнее десятилетие больше всего помогли усовершенствования резиновых уплотнений. “Добавление новых систем наполнителей в резиновые смеси помогло снизить коэффициенты трения”, — сказал Транквили. “Продуманное текстурирование поверхности пресс-формы также позволило уменьшить площадь рабочей поверхности многих уплотнений для уменьшения трения. Новые покрытия, которые прочно сцепляются с резиновыми смесями, также значительно снижают трение”.

Кроме того, изменения в соблюдении экологических требований и новые нормативные акты стимулировали развитие самих резиновых полимеров. Например, полимеры HNBR превосходят стандартные нитриловые соединения по стойкости к озону и атмосферным воздействиям, а новые марки FKM более устойчивы к воздействию пара, используемого для очистки трубопроводов в пищевой и фармацевтической промышленности, сказал Транквили. “Эти новые материалы обладают гораздо лучшей химической стойкостью, термостойкостью и устойчивостью к сжатию. Это позволяет сократить время замены или простоя.”

“Что касается производства, — продолжил он, — новые конструкции прессов для литья под давлением обеспечивают лучший контроль при изготовлении деталей более высокой точности. Новое оборудование для изготовления пресс-форм обеспечивает лучшую отделку поверхности и более высокие допуски на резку. Это дает инженерам-проектировщикам меньший набор допусков при сборке, что снижает вероятность возникновения проблем со сжатием уплотнения, приводящих к утечкам”.

Современные устройства с приводом от электродвигателей также должны работать дольше и обеспечивать максимально низкий крутящий момент. Здесь уплотнения могут уменьшить количество энергии, затрачиваемой впустую на преодоление трения в системе. “Традиционно в этих приложениях используются стандартные продукты и материалы из каталога”, — сказал Брайан Ункафер, менеджер по развитию бизнеса SKF. “Эти тенденции требуют от нас заимствования передовых материалов из автомобильной промышленности для промышленного применения. Кроме того, мы используем моделирование конструкции и тестирование для дальнейшей оптимизации уплотнительных кромок”.

SKF также видит успех во внедрении новых уплотнительных систем на сталелитейных заводах, которые ранее рассматривались как товар первой необходимости и требовали планового технического обслуживания. “Вместо того чтобы устранить проблему, один клиент сосредоточился на снижении затрат, а не на стоимости эксплуатации”, — сказал Ункафер. “Наше сочетание новых уплотнений, различных подшипников, изменений интервалов смазывания и проверки с помощью датчиков создает решение, которое обеспечивает рентабельность инвестиций более 200% при определенных обстоятельствах и областях применения”.

Ли Спринг
лиспринг.com

Компания Smalley Steel Ring Co.
smalley.com

Рекснорд
rexnord.com

США Цубаки
ustsubaki.com

Феннер водит машину
fennerdrives.com

Уиттет-Хиггинс
whittet-higgins.com

Руланд
ruland.com

Стаффорд Мануфактуринг
staffordmfg.com

Яблочный каучук
applerubber.com

SKF
skf.com

Герметизирующие решения Trelleborg
tss.trelleborg.com