Επιλογές σχεδίασης ρουλεμάν για ηλεκτροκινητήρες

Επιλογές σχεδίασης ρουλεμάν για ηλεκτροκινητήρες

Ως ανάπτυξη πιο αποδοτικών ηλεκτροκινητήρων συνεχίζει να συμβαδίζει με τους επερχόμενους κανονισμούς, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι όλα τα εξαρτήματα έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες προδιαγραφές, συμπεριλαμβανομένων των ρουλεμάν. Tony Synnott, UK Engineering Manager για NSK Ευρώπης , εξηγεί πώς ο σχεδιασμός των ρουλεμάν επηρεάζει την απόδοση και την αξιοπιστία του ηλεκτροκινητήρα .

Τα ρουλεμάν στους ηλεκτρικούς κινητήρες έχουν σχεδιαστεί για να υποστηρίζουν τον ρότορα και να διατηρούν ένα σταθερό διάκενο αέρα μεταξύ του ρότορα και του στάτη, καθώς και τη μεταφορά των φορτίων από τον άξονα στο πλαίσιο του κινητήρα. Η επιλογή του σωστού σχεδιασμού ρουλεμάν διασφαλίζει ότι η σχεδιαστική απόδοση του κινητήρα διατηρείται με ελάχιστες τριβές και απώλειες ισχύος.

Για έναν μικρό ηλεκτροκινητήρα, μια αστοχία ρουλεμάν και οποιαδήποτε επακόλουθη ζημιά μπορεί να τον καταστήσει πέρα ​​από οικονομική επισκευή, επομένως είναι επιθυμητό να εγκαταστήσετε υψηλής ποιότητας ρουλεμάν που είναι σχεδιασμένα να αντέχουν τις καταπονήσεις του περιβάλλοντος . Σε μεγαλύτερες εφαρμογές, μια αστοχία ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσει σημαντικό χρόνο διακοπής λειτουργίας, επομένως η αντιστοίχιση του σχεδιασμού με την εφαρμογή είναι ζωτικής σημασίας.

Για παράδειγμα, εάν ένας κινητήρας που έχει σχεδιαστεί για εφαρμογή εν σειρά μετάδοσης κίνησης επανατοποθετηθεί σε εφαρμογή ακτινικής κίνησης με ιμάντα, τα ρουλεμάν είναι πιθανό να τεθούν σε κίνδυνο και να μην λειτουργήσουν όπως θα περίμενε κανείς. Στην αρχική, καθορισμένη εφαρμογή, ο κινητήρας θα εφοδιαζόταν με ρουλεμάν βαθιάς αυλάκωσης, αλλά αυτά θα μπορούσαν να υπερφορτωθούν από το αυξημένο ακτινικό φορτίο από τον ιμάντα μετάδοσης κίνησης.



Όσον αφορά τον ίδιο τον σχεδιασμό των ρουλεμάν, υπήρξε σημαντική καινοτομία όσον αφορά την τεχνολογία των υλικών ρουλεμάν καθώς και τις διαδικασίες μηχανικής και κατασκευής ακριβείας. Βελτιώνοντας το φινίρισμα της επιφάνειας των στοιχείων κύλισης και των διαδρόμων μέσα σε ένα ρουλεμάν, μειώνονται τα επίπεδα τριβής , που μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και τον θόρυβο. Όταν αυτές οι βελτιώσεις συνδυάζονται με τις εξελίξεις στη λίπανση, το αποτέλεσμα είναι βελτιωμένη διάρκεια ζωής.

Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι οι πιο πρόσφατοι κινητήρες έλξης εναλλασσόμενου ρεύματος που χρησιμοποιούνται στην τρέχουσα γενιά τρένων υψηλής ταχύτητας, οι οποίοι πλέον αναμένεται να κινούνται πιο γρήγορα και να ταξιδεύουν πολύ περισσότερο μεταξύ των περιόδων συντήρησης. Τα ρουλεμάν που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους κινητήρες αναμένεται να προσφέρουν εξαιρετική απόδοση κάτω από δύσκολες συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων υψηλών ακτινικών φορτίων, υψηλών φορτίων κρούσης και υψηλών ταχυτήτων.

Ένα σημαντικό εμπόδιο για την επίτευξη εκτεταμένων διαστημάτων χωρίς συντήρηση είναι η ηλεκτρική διάβρωση. Αυτό συμβαίνει όταν «αδέσποτο» ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω των ρουλεμάν του κινητήρα στη γη. Το αποτέλεσμα είναι ζημιά στο ρουλεμάν, η έκταση της οποίας εξαρτάται από το μέγεθος του ρεύματος και τη διάρκεια των συνθηκών. Η ζημιά, γνωστή ως ηλεκτρικό τόξο, είναι συνήθως με τη μορφή μικροσκοπικών κρατήρων και μικροσυγκολλήσεων στις επιφάνειες του οδοστρώματος ρουλεμάν και των στοιχείων κύλισης, γεγονός που οδηγεί σε πρόωρη αστοχία του ρουλεμάν.

Μια λύση για τις αστοχίες ηλεκτρικού τόξου είναι η χρήση κεραμικών επιστρώσεων ή κεραμικών στοιχείων κύλισης στο σχεδιασμό των ρουλεμάν , τα οποία παρέχουν ηλεκτρική μόνωση από τον άξονα. Οι κεραμικές επικαλύψεις εφαρμόζονται συχνά χρησιμοποιώντας ένα σπρέι πλάσματος. Η κεραμική επίστρωση επεξεργάζεται με ακρυλική ρητίνη για να σφραγίσει την επιφάνεια και να αποτρέψει την είσοδο υγρασίας. Αυτή η επίστρωση παρέχει επίσης πρόσθετη προστασία από ισχυρά αλκάλια και υψηλές θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται για το πλύσιμο του τροχαίου υλικού.

Ο χρόνος ζωής ενός ρουλεμάν, με την προϋπόθεση ότι έχει καθοριστεί σωστά για την εφαρμογή, συχνά καθορίζεται από το καθεστώς λίπανσης και τον τρόπο με τον οποίο ο σχεδιασμός του ρουλεμάν εξασφαλίζει επαρκή ροή σε όλα τα στοιχεία κύλισης. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων και η υπολογιστική δυναμική ρευστών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της αντοχής ρουλεμάν και της ροής λίπανσης , τα οποία πρέπει να προσδιορίζονται προσεκτικά για κάθε εφαρμογή.

Το πρόγραμμα συντήρησης διαδραματίζει επίσης ρόλο στην κάλυψη του προσδόκιμου ζωής και θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη το εργασιακό περιβάλλον και τις πρακτικές δυνατότητες πρόσβασης στον εξοπλισμό. Με τη βελτίωση των διατάξεων στεγανοποίησης και τη βελτιστοποίηση της τεχνικής λίπανσης, η περίοδος συντήρησης μπορεί να επεκταθεί ώστε να συμπίπτει με άλλα εξαρτήματα, όπως τα ρουλεμάν σετ τροχών. Αυτό προσφέρει στον πελάτη καλύτερη εξοικονόμηση κόστους συντήρησης και απώλεια παραγωγικότητας.

Το κλειδί για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των ρουλεμάν είναι η κατανόηση της εφαρμογής και του περιβάλλοντος, ενώ παράλληλα έχετε την ικανότητα να χρησιμοποιείτε κορυφαία υλικά στον κλάδο και τον ποιοτικό έλεγχο. Η NSK έχει αναπτύξει το Z Steel που έχει παρατείνει τη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν της σε σύγκριση με τον συμβατικό χάλυβα ρουλεμάν. Αυτό έχει συνδυαστεί με βελτιωμένα σχέδια λίπανσης και στεγανοποίησης κλουβιών, καθώς και επικαλύψεις κεραμικών και ρητίνης .