Ильченко А.А. (snr_roulements@mail.ru)


Мехатроника – это прогрессивное направление развития науки и техники, ориентированное на создание и эксплуатацию автоматических и автоматизированных машин и систем с компьютерным (микропроцессорным) управлением их движением. Основной задачей мехатроники является разработка и создание высокоточных, высоконадёжных и многофункциональных систем управления сложными динамическими объектами. Простейшими примерами мехатроники являются тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой) и промышленные станки с ЧПУ.

Одним из интереснейших примеров мехатроники в области машиностроения являются мехатронные подшипники, выполненные по технологии Active Sensor Bearing (подшипник с активным сенсором). Разработчиком и обладателем патента технологии является французская компания SNR ROULEMENTS, крупнейший в Европе производитель и разработчик подшипников.

Первоначально технология Active Sensor Bearing (далее ASB) была ориентирована на автомобилестроение. Главной ее задача являлось интегрирование в подшипники активных сенсоров, предназначенных для измерения частоты вращения колеса и передачи данных в автоматические системы стабилизации движения автомобиля, что повышало управляемость в сложных дорожных ситуациях, а также уменьшения габаритов ступичного узла и снижения неподрессоренных масс.

Автомобильный узел ASB представляет собой подшипниковый узел, в который интегрировано магнитное многополюсное кольцо, прикрытое магнитопроводящим уплотнением, сверху которого устанавливается датчик Холла. При вращения подшипника вместе с ним вращается и магнитное кольцо, которое создает магнитное поле переменной полярности, регистрируемое датчиком. При этом на выходе датчика выдается сигнал, частота которого зависит от количества изменений полярности в секунду. Через присоединительный кабель, этот сигнал передается в микропроцессорный блок бортового компьютера.



Рис. 1. Автомобильный подшипниковый узел ASB

Основными преимуществами автомобильных узлов ASB являются:

·     высокая точность измерения и передача цифровой информации в самых агрессивных окружающих условиях (вибрации, грязь, большие перепады температур и т.п.);

·     это компактные и экономичные решения, могут использоваться и на транспортных средствах низшего ценового диапазона, а не только на дорогих автомобилях в отличие от многих других конкурентных технологий;

·     это прогрессивная технология в исследовании автомобильного комфорта и безопасности;

·     это главный элемент в концепции "полного контроля за шасси";

·     это открытый стандарт, обеспечивающий минимальные затраты при лицензировании производства изготовителями подшипников и электронных компонентов.

B 1997 году на выставке EquipAuto в Париже концепция ASB получила Первый Grand Prix в номинации "Новые технологии для оригинального (конвейерного) производства". Сегодня лицензии на производство узлов ASB уже приобретены всеми крупнейшими мировыми производителями подшипников, такими как: FAG, NSK, SKF, NTN, Koyo, Timken. А сами узлы широко применяются крупнейшими мировыми производителями автомобилей из Америки, Европы, Японии; при чем список постоянно пополняется: ALFA ROMEO, AUDI, BMW, DAIMLER CHRYSLER, FIAT, FORD, LANCIA, LAND ROVER, NISSAN, PSA, PORSHE, TOYOTA, VOLVO, VOLKSWAGEN.

На сегодняшний день произведено более 42 миллионов подобных устройств, а к 2010 году по прогнозу разработчиков почти 50% всех колесных подшипников в Мире выпускаемых различными производителями будут использовать технологию ASB.

Узлы ASB так же нашли свое применение и в других отраслях промышленности, толчком, к которому стала разработка американской компании Timken перепрограммируемой микросхемы MPS32XF, позволившая обеспечить точность позиционирования свыше 0,1° и возможность подключения аналогового термодатчика. В отличие от ASB для автомобилестроения, выполняющихся в едином моноблочном корпусе, мехатронные узлы для промышленности представляются собой стандартный радиальный шарикоподшипник соответствующий международным стандартам ISO с накладным блоком ASB, в котором установлены все необходимые электронные и магнитные элементы.



Рис. 2. Промышленный мехатронный подшипниковый узел

Промышленный узел ASB способен обеспечить измерение:

·     углового положения,

·     скорости вращения,

·     направления вращения,

·     количество оборотов,

·     температуры.

Рекомендованы к применению:

·     в конвейерах;

·     в робототехнике;

·     в транспортных средствах;

·     в подъемниках;

·     в системах управления;

·     в cистемах измерения и позиционирования…

В настоящее время ведется внедрение узлов ASB II-ого поколения. Основная особенность этих узлов - более "глубокая" интеграция электронных и магнитных компонентов с механическими частями, что позволяет увеличить сферу применения, к примеру, интегрировать датчики не только в подшипники, но и непосредственно в опоры валов. Основными преимуществами ASB II-ого поколения являются:

·     более простая конструкция,

·     обеспечение малого уровня шума,

·     меньшая себестоимость,

·     оптимизация размеров,

·     в системах управления;

·     и т.д.

Исследования в области технологии ASB продолжаются, и уже ведется разработка узлов ASB III-ого поколения. Главными задачами перед разработчиками поставлены: расширение функциональных возможностей и максимальное упрощение интеграции в электронные системы управления или АСУ. Это будет достигаться за счет внедрения непосредственно в узел микропроцессоров (фактически миниатюрного компьютера), в отличие от предыдущих поколений ASB, в которых интегрировались только датчики. Помимо этого, в зависимости от условий применения и требуемых функций, микрокомпьютер может легко заменяться, тем самым, достигается значительная унификация.



Рис. 3. Экспериментальный узел ASB III-ого поколения компании SNR ROULEMENTS