В мире электротехники есть невидимый герой, который незаметно питает бесчисленные устройства и промышленные системы: двигатель вал. Хотя вал двигателя часто затмевается своими более заметными аналогами, он играет жизненно важную роль в преобразовании электрической энергии в механическую и двигает наш современный мир вперед. Скромный вал двигателя является важнейшим связующим звеном между двигателем и приводимой нагрузкой, передающим крутящий момент и обеспечивающим бесперебойную работу различных механизмов. В этой статье мы рассмотрим анатомию вала двигателя, его функцию и ключевые факторы, которые следует учитывать при выбор подходящего вала для оптимальной производительности и эффективности.
Вал двигателя является важнейшим элементом большинства вращающихся механизмов. При определении идеального материала для изготовления валов двигателей необходимо учитывать различные факторы, такие как стоимость и дефекты материала. По сути, вал двигателя служит основным компонентом двигателя.
Вал двигателя представляет собой цилиндрическую конструкцию, простирающуюся от двигателя и его корпуса. Его основная функция — передача энергии от двигателя к месту его предполагаемого применения. Прецизионные штифтовые валы функционируют в зависимости от скорости и крутящего момента, и производители, дистрибьюторы, поставщики и предприятия предлагают множество вариантов.
Кроме того, вал двигателя действует как компонент подшипника, расположенный в центре пакета роторов, что облегчает передачу электрически генерируемого крутящего момента через соответствующую положительную конфигурацию.
Что такое вал двигателя?
Основным компонентом большинства вращающихся устройств является вал двигателя. Вал – это механическая секция для преобразования вращения и крутящего момента. Размер вала существенно влияет на крутящий момент в этих устройствах. Поэтому точное моделирование и прототипирование валов необходимы для всех применений.
Помимо необходимости установки ротора и различных приспособлений, конструкция вала двигателя во многом зависит от выбранного способа охлаждения электрического устройства. В частности, при использовании более крупных электродвигателей и, соответственно, более длинных и больших валов двигателя полый вал может предложить новые возможности проектирования как для облегченной конструкции, так и для системы охлаждения.
Различные механизмы используются для передачи крутящего момента от электричества к кинетическому выходу трансмиссии, тем самым приводя в движение устройство. Учитывая высокую скорость вращения, превышающую 20,000 XNUMX об/мин, и значительные крутящие моменты, валы двигателей должны выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки. Это требует использования сверхпрочных компонентов, которые также отвечают строгим требованиям к легкой конструкции.
Что такое заземление вала?
Заземление вала предотвращает повреждение чувствительных компонентов двигателя энергией. Эти устройства обеспечивают более безопасный путь к заземлению, отводя электрическую энергию от уязвимых компонентов двигателя с низким сопротивлением, таких как подшипники двигателя.
Конструкция валов двигателей
Выбор правильного материала может повысить надежность. При выборе лучшего материала для оборудования и его вала в первую очередь следует учитывать стоимость.
Типичными материалами, используемыми для валов двигателей, являются мягкие стали, но если требуется высокая прочность, используются легированные стали, такие как хром-ванадий, никель и никель-хромовые стали.
Большинство производителей двигателей используют горячекатаную (HRS) или холоднокатаную (CRS) сталь SAE 1045. C1045 — это среднеуглеродистая сталь со средней прочностью на растяжение, доступная в кованой или нормализованной форме. Эта сталь обладает необходимой твердостью, прочностью и износостойкостью. Посетите здесь, чтобы увидеть процесс производства.
Его можно использовать на болтах, осях, коленчатых валах, кованых шатунах, легких шестернях, торсионах, направляющих стержнях и многом другом.
Другие вещества включают вулканизированный SAE 1137, SAE 1117, SAE 1144, холоднокатаный SAE 1018 и горячекатаный SAE 1035. На определенных токарных станках с ЧПУ можно использовать шлифовальные суспензии любого вещества.
В целом вулканизированная и холоднокатаная сталь может иметь более высокую стоимость (до 15%) по сравнению с горячекатаной сталью, но она обеспечивает превосходные характеристики. Очень важно провести испытания на механическую обработку, чтобы контролировать любые дополнительные расходы. Поскольку каждый осевой узел работает по-разному, не существует общепринятых веществ или методов технического обслуживания.
С учетом стоимости фунта горячекатаная простая углеродистая сталь более экономична, чем холоднокатаная вулканизированная сталь. Однако при использовании горячекатаных материалов возникают определенные проблемы. Из-за отсутствия контроля наружного диаметра (наружного диаметра) во время процесса прокатки горячекатаный материал обычно требует большего размера.
Производителям двигателей необходимо оценить, перевешивают ли увеличенные размеры и более низкая стоимость материала горячекатаного проката преимущества холоднокатаного проката.
Горячекатаные материалы часто имеют остаточные напряжения, твердые и мягкие пятна, пустоты и другие дефекты материала, которые могут привести к трудностям при обработке. Некоторые высокопрочные стали имеют закаленный внешний слой, что делает их менее прочными при использовании с валами.
Проведение испытаний помогает выбрать лучшее вещество между CRS, HRS, вулканизированными и невулканизированными материалами.
Служба промышленного электромеханического ремонта, или IER Services, была основана в 2011 году для предоставления эффективных и быстрых услуг по ремонту всех типов электромеханических инструментов, включая двигатели постоянного и переменного тока, частотно-регулируемые приводы, насосы, средства динамической балансировки и многое другое. Они также поддерживают услуги по калибровке валов.
Они не только предоставляют своим клиентам качественные услуги по креплению валов двигателей, но также предлагают специальные валы двигателей для других клапанов, насосов, двигателей и гидравлики.
Доступные материалы для изготовления вала двигателя
-Легированная сталь
-Алюминий
-Бериллиевая медь
-Латунь
-Bronze
-Углеродистая сталь
-Медь
-Никель
Производство валов двигателя
Как упоминалось ранее, большинство производителей двигателей используют SAE 1045 либо в холоднокатаной (CRS), либо в горячекатаной стали (HRS). По стоимости за фунт горячекатаный материал из углеродистой стали дешевле, чем холоднокатаный материал. Однако в процессе прокатки необходимо учитывать такие факторы, как размер.
Производителям электрооборудования необходимо оценить, являются ли горячекатаные прутки с меньшими затратами на материал и большими размерами более или менее дорогостоящими, чем холоднокатаные прутки.
Горячекатаные материалы более проблематичны для обработки из-за их мягких и твердых участков, пустот, остаточных напряжений и других дефектов материала. Основным недостатком некоторых высокопрочных сталей является то, что самой твердой частью является только внешний слой. Таким образом, как только вал подвергается механической обработке, система теряет прочность.
Машинные испытания необходимы для выбора наилучшего варианта среди различных материалов. (Некоторые производители двигателей используют вулканизированную CRS из-за трудностей использования HRS).
Важность выравнивания вала двигателя
Правильная центровка вала двигателя увеличивает срок службы вращающегося оборудования. Этого можно достичь только путем точного проектирования компонентов, которые, скорее всего, не смогут работать в приемлемых проектных пределах.
Управление передового производства при Министерстве энергетики США предоставило руководящие указания и рекомендации по критическим факторам, связанным с выравниванием и несоосностью. Ниже приводится краткое изложение важных советов, которые следует учитывать при выравнивании вала двигателя:
Хотя несоосность не оказывает существенного влияния на эффективность, обеспечение правильной центровки валов может повысить эффективность и плавность передачи энергии от двигателя к приводимому оборудованию. Перекос возникает, когда центральные линии вала двигателя и ведомого устройства не совпадают. Это может привести к дополнительному шуму, вибрации, преждевременному выходу из строя подшипников, муфт или валов, а также повышению температуры подшипников и муфт.
Виды перекоса вала двигателя
Угловое смещение возникает, когда двигатель установлен под углом к приводимому оборудованию. Если центры ведомого оборудования и вала двигателя вытянуты, они фактически будут пересекать друг друга, а не проходить вдоль стандартной осевой линии или накладываться на нее. В отличие от перекоса неподвижного вала машины, «пространство» (разница в пространстве между соединительными поверхностями) или перекос вала двигателя может возникать по вертикали, горизонтали или в обоих направлениях. Угловое смещение особенно может привести к серьезному повреждению приводного оборудования и двигателей.
Параллельное смещение возникает, когда центральные линии двух валов находятся в параллельной конфигурации, но не на одной линии. Параллельное смещение может принимать две формы; валы могут быть смещены вертикально (расположены на разной высоте), горизонтально (сдвинуты влево или вправо) или и то, и другое.
Комбинированное смещение возникает, когда вал двигателя одновременно параллелен и смещен под углом. Это самая распространенная ошибка в системе.
Рекомендуемые меры при смещении вала двигателя
Здесь будут представлены некоторые рекомендуемые меры по устранению смещения вала двигателя:
- Ежегодно проверяйте соосность валов всего производственно-критического оборудования.
-Проверьте вновь установленные инструменты на предмет смещения из-за осадки фундамента через 3–6 месяцев после их ввода в эксплуатацию.
-Контрольная вибрация и склонность к повышенной вибрации, которая является основным признаком несоосности. Несоосность может быть вызвана недостаточной затяжкой болтов, осадкой фундамента или поломкой выходного вала.
-Использовать методы профилактического обслуживания, включая спектральный анализ и вибрационные испытания, чтобы отличить перекос вала, износ подшипников или электрическую вибрацию.
Характеристики вала двигателя
По желанию пользователя вал двигателя может быть выполнен в виде полого или сплошного вала.
-Легкая конструкция доступна в виде трубок и встраиваемой версии.
-Возможны различные комбинации материалов.
-Вал двигателя готов к установке или представляет собой полуфабрикат, близкий к его окончательному контуру.
-Легкий вес (экономия ресурсов) и высокая пропускная способность
-Шлицы могут быть изменены в соответствии с требованиями заказчика.
Вал двигателя в синхронные двигатели с постоянными магнитами играет решающую роль в обеспечении эффективной и надежной работы. Его конструкция, включая соображения по монтажу, креплениям, охлаждению и несущей способности, имеет важное значение для оптимизации функциональности двигателя. Понимая важность правильной центровки валов и устраняя любые проблемы с несоосностью, производители двигателей могут смягчить такие проблемы, как повышенный шум, вибрация и преждевременный выход из строя компонентов. В конечном счете, хорошо спроектированный и правильно выровненный вал двигателя способствует общей эффективности и долговечности синхронных двигателей с постоянными магнитами, открывая путь к прогрессу в различных отраслях, использующих электрические силовые установки.