東莞市西力軸承有限公司
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SKF 7311BECBP摘 要: 本文主要討論了一種快速多通道12位ADC MAX115在磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了MAX115的功能特點和工作過程，同時給出了MAX115與DSP(TMS320F240)之間的硬件接口電路和數(shù)據(jù)采集程序。
關(guān)鍵詞: MAX115；數(shù)據(jù)采集；TMS320F240

引言

在五自由度主動磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中，采用由工控PC+DSP控制器的架構(gòu)是一種較好的方法，而DSP核心控制器則是磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中重要的一部分，對主軸位置信號的采集是DSP控制器的首要任務(wù)。在本控制器中采用MAX115對主軸位置的模擬信號進(jìn)行采集。

磁懸浮控制器中的ADC選擇

在磁懸浮主軸控制器的設(shè)計中，對主軸位置的測量是至關(guān)重要的。位置傳感器的信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理電路處理后被傳送到A/D采樣通道，ADC把得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，芯片采樣的精度和分辨率以及采樣轉(zhuǎn)換時間是重要的技術(shù)參數(shù)，它們直接決定著控制速度和控制精度。本控制器中采用的傳感器是一種電渦流位移傳感器。它是一種高精度無接觸式傳感器。

本系統(tǒng)要求能分辨1mm位置信號，根據(jù)傳感器的傳感特性，必須要求有至少為12位的分辨率。同時本系統(tǒng)中要求精度不低于±1LSB。 由于磁力軸承系統(tǒng)要求的控制周期很短(一般小于200ms),故要求ADC的采樣時間也必須很快(一般在20ms內(nèi))。

綜上考慮選用Maxim公司的MAX115作為ADC來完成主軸位置信號的采集。MAX115是12位2×4通道同步采樣逐次比較型ADC，其具有兩組ADC，每組4通道連續(xù)采集保持；單通道轉(zhuǎn)換時間為2ms；轉(zhuǎn)換精度±1/2LSB；4通道傳輸率為16ksps；并且內(nèi)部具有2.5V參考電壓和10MHz時鐘，極大地精簡了外部附加電路；其高速的并行接口可以方便地與DSP相連。

MAX115與TMS320F240的接口電路

圖1是磁懸浮軸承DSP控制器的結(jié)構(gòu)簡圖。圖中4路主軸位置信號經(jīng)由MAX115進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，采集結(jié)果通過中斷方式輸入到DSP內(nèi)。DSP經(jīng)過濾波算法處理后，將采集數(shù)據(jù)寫到雙口RAM內(nèi)，計算機(jī)通過ISA總線訪問雙口RAM并將其中的數(shù)據(jù)取走，進(jìn)行上位機(jī)的圖形顯示、數(shù)據(jù)分析等功能。同時DSP進(jìn)行控制算法計算，計算之后將控制數(shù)據(jù)通過控制器板卡上的4路DAC輸出給功率放大器，從而實現(xiàn)對主軸的控制。這樣，利用DSP處理速度快的特點來完成算法的計算，利用PC機(jī)強(qiáng)大的多媒體處理特點來實現(xiàn)主軸位置監(jiān)視和數(shù)據(jù)分析，DSP和PC同時相對獨立工作，互不影響，從而加快了系統(tǒng)的處理速度。

圖1 磁懸浮軸承DSP控制器的結(jié)構(gòu)簡圖

MAX115和DSP硬件的接口設(shè)計如圖2所示，MAX115引腳A0-A3和引腳D0-D11是具有三態(tài)的雙向接口，可以直接和DSP相關(guān)引腳進(jìn)行連接。為簡化電路設(shè)計和增加可靠性，系統(tǒng)中使用的是內(nèi)部基準(zhǔn)電源，此時要將REFIN引腳接上一個0.1mF的旁路電容；同時使用內(nèi)部時鐘10MHz，并將CLK引腳接上VCC。

圖2 MAX115與TMS320F240 DSP之間的接口電路圖

MAX115與TMS320F240進(jìn)行接口設(shè)計時主要考慮兩個問題：一是MAX115數(shù)據(jù)線和控制模式線共用問題。由于MAX115的D1/A3，D0/A2為數(shù)據(jù)和地址共用引腳，但實際設(shè)計時不能將此引腳同時連接到DSP的地址線和數(shù)據(jù)線，此處即為DSP和MAX115接口連接的難點。本系統(tǒng)設(shè)計時用一種全新的方法來實現(xiàn)，因為DSP有16位的數(shù)據(jù)線，而MAX115只需要12位數(shù)據(jù)線和2根工作模式控制引腳，所以通過將DSP的14根數(shù)據(jù)線直接接到MAX115上的地址和數(shù)據(jù)線，即D0接AD_A0，D1接AD_A1，D2接AD_D0，D3接AD_D1，D4接AD_D2......D13接AD_D11，當(dāng)對MAX115進(jìn)行編程時，通過可編程邏輯器件MAX7128進(jìn)行地址選通，MAX7128編程采用Altera公司的Max+plusⅡ集成環(huán)境，使用AHDL語言編寫。

MAX115的和信號線由DSP的和分別直接連接即可。通過DSP的數(shù)據(jù)線的D0-D3作為編程地址線從而對其工作模式進(jìn)行編程。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，要從ADC中讀取數(shù)據(jù)，讀到14位數(shù)據(jù)D13-D0時，再將所得數(shù)據(jù)左移2位，即屏蔽掉低2位無效的輸入后，即可得到12位A/D采集數(shù)據(jù)。另一個問題是MAX115與DSP接口的速度匹配問題，由于DSP速度過快，會導(dǎo)致MAX115無法正常工作，所以系統(tǒng)中采用軟件的方法插入等待狀態(tài)，具體操作見下文的軟件設(shè)計。

控制器中MAX115的片選()信號、轉(zhuǎn)換開始()信號及讀()寫()信號都是由MAX7128產(chǎn)生的。MAX7128編程方便，易于調(diào)試，用其實現(xiàn)快速地址選通等功能來加快系統(tǒng)的處理速度。其中DSP的參與地址譯碼。

軟件設(shè)計

DSP作為下層的CPU來控制數(shù)據(jù)采集的整個過程。本控制器設(shè)計使用的編程軟件是TI公司的CCS，采用C語言及嵌入式匯編編程，這樣編寫的程序簡潔，易于讀懂。

本控制器采用4通道連續(xù)轉(zhuǎn)換，A3A2A1A0=0011。上電后DSP給MAX115寫入工作方式，然后送信號，A/D轉(zhuǎn)換開始，轉(zhuǎn)換完成后，MAX115發(fā)出請求AD_INT變低，DSP中斷立刻開始讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。MAX115的與DSP的XINT1相連，作為DSP的外部中斷輸入。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，變低，DSP進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。這種方法應(yīng)用于快速轉(zhuǎn)換，只要中斷來了便進(jìn)行轉(zhuǎn)換，充分利用了CPU的資源。下面給出了中斷方式下DSP控制A/D轉(zhuǎn)換的部分程序。其中主要以中斷子程序為主，其它中斷初始化及其DSP中斷向量程序均省略。

_____ A/D轉(zhuǎn)換電路 _____
data＝0X03; /*MAX115工作方式選擇A3A2A1A0=0011*/
asm(" OUT _data,0003h ");
/*選擇ADC,并寫入工作模式*/
asm("rpt XXX ");
/*XXX為一個數(shù)值 其大小應(yīng)根據(jù)實際調(diào)試而決定*/
asm(" nop ");

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SKF 7313BECBP4、 光滑冷卻條件正常；
5、向心軸承僅接受徑向載荷，滾輪軸承僅接受軸向載荷；
6、外圈溫度不超越100℃。
通常，滾動軸承壽數(shù)核算過程是：
1． 依據(jù)主機(jī)的技術(shù)參數(shù)和支承部位布局，初選INA軸承的類型和尺度，核算效果于軸承上的負(fù)荷；
2． 核算當(dāng)量動負(fù)荷；
3． 依據(jù)軸承額外壽數(shù)公式核算軸承的壽數(shù)；
4． 驗算額外靜負(fù)荷和極限轉(zhuǎn)速。
滾動軸承額外壽數(shù)系指一批軸承中90％的軸承在疲憊脫落前能到達(dá)或超越的運轉(zhuǎn)數(shù)（以106轉(zhuǎn)計）或在必定轉(zhuǎn)速下的作業(yè)小時數(shù)。
關(guān)于球軸承的根本額外壽數(shù)：
  L10=(Cr/Pr)3 （百萬轉(zhuǎn)）
  在實踐核算中，通常用作業(yè)小時數(shù)表明軸承的壽數(shù)(小時)，為：
  Lh=(Cr/Pr)3/(60n)*106（小時）
  其間Cr：為徑向根本額外動負(fù)荷（KN），指一套滾輪軸承設(shè)想能接受的穩(wěn)定徑向載荷，在這一載荷效果下的根本額外壽數(shù)為一百萬轉(zhuǎn)。
  Pr：為徑向當(dāng)量動負(fù)荷（KN），指INA軸承實踐所受的各種外加負(fù)荷的徑向當(dāng)質(zhì)變負(fù)荷。
  關(guān)于滾子軸承的根本額外壽數(shù)：
  L10=(Cr/Pr)10/3 （百萬轉(zhuǎn)）
  用作業(yè)小時數(shù)表明軸承的壽數(shù)(小時)：為：
  Lh=(Cr/Pr)10/3/(60n)*106（小時）
  額外壽數(shù)核算方法是依據(jù)通常INA軸承鋼和通常作業(yè)條件斷定的，壽數(shù)可靠性為90％?？紤]到資料和運用條件的影響以及高可靠性的需求，世界標(biāo)準(zhǔn)化安排對額外壽數(shù)公式進(jìn)行了批改，加入了可靠性系數(shù)、資料系數(shù)和運用條件系數(shù)。很多客戶在購買FAG軸承的過程中，都認(rèn)為是不是德國本土生產(chǎn)的,在德國本土有11個工廠,除了11個工廠.在全國還有61個生產(chǎn)單位,分布在阿根廷、奧地利、巴西、中國、法國、德國、印度、印尼、意大利、日本、韓國、馬來西亞、墨西哥、荷蘭、南非、西班牙、瑞典、英國或美國。
舍弗勒會按照地區(qū)資源的分配來讓生產(chǎn)廠家生產(chǎn)不同型號以及類別的軸承,從而縮短工期，F(xiàn)AG為了提高軸承的質(zhì)量，80%的軸承都是由FAG鋼廠自己提供,從而更加的了解到軸承的性能,
所以大家在購買FAG軸承的時候,產(chǎn)地不一定代表軸承的質(zhì)量有問題.因為所有的軸承都是舍弗勒集團(tuán)自己嚴(yán)格控制.滾道聲是由于圓錐滾子軸承旋轉(zhuǎn)時滾動體在滾道中滾動而激發(fā)出一種平穩(wěn)且連續(xù)性的噪聲，只有當(dāng)其聲壓級或聲調(diào)極大時才引起人們注意。其實滾道聲所激發(fā)的聲能是有限的，如在正常情況下，優(yōu)質(zhì)的軸承滾道聲為25～27dB。這種噪聲以承受徑向載荷的軸承為西力典型，它有以下特點：

a.噪聲、振動具有隨機(jī)性；
b.振動頻率在1kHz以上；
c.不論轉(zhuǎn)速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級則隨轉(zhuǎn)速增加而提高；
d.當(dāng)徑向游隙增大時，聲壓級急劇增加；
e.軸承座剛性增大，總聲壓級越低，即使轉(zhuǎn)速升高，其總聲壓級也增加不大；
f.潤滑劑粘度越高，聲壓級越低，但對于脂潤滑，其粘度、皂纖維的形狀大小均能影響噪聲值。

滾道聲產(chǎn)生源在于受到載荷后的套圈固有振動所致。由于套圈和滾動體的彈性接觸構(gòu)成非線性振動系統(tǒng)。當(dāng)潤滑或加工精度不高時就會激發(fā)與此彈性特征有關(guān)的固有振動，傳遞到空氣中則變?yōu)樵肼暋１娝苤?，即使是采用了?dāng)代西力高超的制造技術(shù)加工圓錐滾子軸承零件，其工作表面總會存在程度不一的微小幾何誤差，從而使?jié)L道與滾動體間產(chǎn)生微小波動激發(fā)振動系統(tǒng)固有振動。

盡管軸承的滾道噪聲是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正確選用軸承及使用軸承使之降噪減振。
所謂軸承出現(xiàn)燒傷損傷狀態(tài)是指:軸承的滾道輪、滾動體以及保持架在旋轉(zhuǎn)中急劇發(fā)熱直至變色、軟化、熔敷和破損。

造成圓錐滾子軸承燒傷的主要原因是由于軸承的潤滑不良，可能使用了不正規(guī)的潤滑劑，或者潤滑劑過多，過少，都是不正確的。KO電機(jī)低噪音軸承選擇技巧
1、首先具備低噪聲要求的IKO軸承
在我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)軸承中，部分單列向心球軸承和短圓柱滾子軸承有供電機(jī)軸承使用的低噪聲品種。其中球軸承從內(nèi)徑φ2.5mm至φ60mm有若干個品種帶Zl、Z2和Z3三種后綴，分別對應(yīng)三種不同的低噪聲要求，而滾子軸承中自N309型至N322型共八個型號也有按低噪聲標(biāo)準(zhǔn)制造的品種。這些IKO軸承完全可以適用于其他有低噪聲要求的機(jī)器中，而且價格便宜，如在類型和尺寸上能合乎要求，盡量采用這兩類型的低噪聲軸承。
2、采用噪聲相對較小的IKO軸承
當(dāng)不能使用上述兩種類型的低噪聲軸承時，可采用噪聲相對較小的軸承。具體的比較依據(jù)如下：
1)球軸承的噪聲比滾子軸承的低，相對滑動較少的軸承的(摩擦)噪聲比相對滑動較多的軸承低；

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SKF 7324BCBM
SKF 7326BCBM
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SKF LGMT3/5
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SKF N322ECM
SKF N324ECM
SKF N324ECM/C3
SKF N326ECM
SKF NU1052ML
SKF NU216ECP
SKF NU216ECP/C3
SKF NU217ECM/C3
SKF NU218ECM
SKF NU218ECP
SKF NU219ECM/C3
SKF NU219ECP
SKF NU219ECP/C3
SKF NU220ECP
SKF NU222ECJ/C3
SKF NU222ECM/C3
SKF NU2232ECMA/C3
SKF NU2238ECMA
SKF NU2238ECMA/C3
SKF NU2240ECMA
SKF NU224ECJ
SKF NU224ECM/C3
SKF NU224ECP
SKF NU226ECJ/C3
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東莞市西力軸承有限公司銷售NSK 6812，針對NSK 6812客戶提供相關(guān)咨詢服務(wù)，需要了解NSK 6812型號尺寸、重量、價格、安裝、維護(hù)等資料請與我們聯(lián)系。

 

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