Пластиковые подшипники уменьшают вес и повышают долговечность

Когда в 2012 году инженер Марк Дойл начал разрабатывать планы экзоскелета для поддержки хирургов, он хотел разработать легкий продукт, который они могли бы носить с комфортом в течение длительного периода времени. Дойлу и его команде из Levitate Technologies (Сан-Диего, Калифорния) пришлось тщательно выбирать продукты, которые будут включены в устройство, поскольку любые дополнительные унции могли сделать устройство неудобным и громоздким, что привело бы к прекращению разработки до того, как оно было запущено в производство.

«Просить людей носить металлический каркас и выполнять свою работу — непростая задача», — сказал Джозеф Завайде, вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса компании Levitate. «Нам нужно было что-то легкое, низкопрофильное и способное адаптироваться. чтобы передвижение пользователя было комфортным и без вмешательства в рабочее пространство. Требовалось внимание к деталям каждого винта и каждого болта. Наше мышление было таким: «Если вам это не нужно, не добавляйте это».

Airframe™ был представлен на коммерческом рынке в 2016 году. Пока он работал для хирургов, другие отрасли быстро узнали о его доступности, и Levitate, увидев возможность значительного роста бизнеса, переключила свой маркетинговый фокус на клиентов-производителей. Модель Airframe, спроектированная аналогично рюкзаку, может быть адаптирована практически к любому размеру тела с помощью регулируемой рамы и ремней. Экзоскелет поддерживает верхние конечности профессионалов и квалифицированных рабочих, которые подвергаются повторяющимся движениям рук и/или неподвижному поднятию рук.

Дойл и его команда инженеров могли бы использовать в этом приложении стальные втулки. Вместо этого они выбрали пластиковые подшипники производства немецкой компании igus. Компания, имеющая предприятие в Род-Айленде, производит ассортимент самосмазывающихся, легких и не требующих обслуживания пластиковых изделий. Все эти и многие другие свойства привлекли Дойла при проектировании The Airframe. В одном блоке содержится 32 пластиковые втулки igus. «На рынке представлено множество экзоскелетов», — сказал Завайде. «Это самый легкий вариант. Он настолько легкий, что рабочие могут носить его весь день».

Ключом к легкому весу планера являются втулки. Стальные подшипники всегда намного тяжелее пластиковых — в шесть раз больше веса. В таких приложениях, как экзоскелет, специально разработанные пластиковые втулки оказались незаменимыми для сведения веса к минимуму.

В конструкции планера наиболее широко используется втулка iglide® G300, имеющая плотность 1,46 г/см3, значение PV 12 000 и прочность на разрыв 30 460 при 68°. Типичные области применения включают средние и высокие нагрузки, средние скорости скольжения и средние температуры. «Это подшипник общего назначения, обладающий хорошим сочетанием износа, низким коэффициентом трения и разумной стоимостью», — сказал Дойл.

Дойл выбрал втулки iglide® T500 и Z, чтобы выдерживать более высокие температуры в экзоскелете. Втулка T500 плотностью 1,44 г/см3 выдерживает температуру до 482° и имеет предел прочности на разрыв 24 660 при 68°F. Втулка имеет очень низкое поглощение влаги и универсальную устойчивость к химикатам. Втулка Z (плотность 1,40 г/см3) применяется там, где требуются высокие динамические нагрузки и износостойкость. Подшипники подходят для температур до 482° и имеют прочность на сжатие 9425 фунтов на квадратный дюйм. Серия Z также имеет модуль упругости 348 1000.

Дойл также выбрал для экзоскелета втулку iglide® M250 — она обладает несколькими важными качествами, особенно касающимися производства. Каждый блок весит всего 1,14 г/см3, но может поглощать грязь и гасить вибрацию, что снижает шум и продлевает срок службы планера.

Использование пластиковых компонентов в конструкции планера соответствует растущим тенденциям в производстве пластмасс. В 2016 году мировое производство пластмасс достигло 335 миллионов тонн. Согласно исследованию Grand View Research, Inc., к 2020 году мировой рынок пластмасс, как ожидается, достигнет примерно 654 миллиардов долларов.