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Un guide pour sélectionner les roulements de moteur
En tant que l'un des composants essentiels des moteurs électriques, roulements de moteur ont toujours été un enjeu important dans le domaine de la construction automobile. La sélection des roulements appropriés est directement liée à plusieurs aspects tels que la stabilité de fonctionnement, la durée de vie et le coût de maintenance du moteur. Par conséquent, lors de la fabrication d’un moteur, il faut choisir parmi de nombreux modèles de roulements en fonction des conditions de travail réelles et des exigences de performances. Les roulements du moteur sont conçus pour transférer en continu la charge de l'arbre au moteur et soutenir le rotor. La défaillance de ces roulements entraîne souvent des réparations coûteuses du moteur. Il n’existe pas de solution universelle de roulement antifriction universelle pour les moteurs électriques. Chaque type de roulement possède des caractéristiques de performance spécifiques et est donc adapté à des conditions de fonctionnement spécifiques. Une inadéquation entre les roulements et les applications de moteur peut entraîner de graves problèmes. Ce blog passe en revue la conception, le type, les considérations, etc. lors de la sélection des roulements de moteur et fournit des suggestions constructives pour vous permettre de choisir un moteur approprié.
Les moteurs d'une puissance supérieure à 125 ch, d'une vitesse supérieure à 1,200 XNUMX tr/min et équipés de roulements à billes à gorge profonde conçus pour les tâches de connexion directe de la courroie peuvent entraîner une surcharge mécanique et une défaillance prématurée.
Placer un moteur conçu pour les courroies robustes sur une charge couplée peut ne pas fournir une charge radiale suffisante sur les éléments roulants du roulement. Ils peuvent glisser ou glisser sur les chemins de roulement, provoquant des températures élevées et éventuellement une défaillance totale de la lubrification.
Si les roulements à rouleaux sont sous-chargés (même avec une charge sur la courroie), une panne prématurée du moteur peut se produire en raison du même phénomène de glissement.
Le montage de moteurs avec des roulements horizontaux dans des applications verticales ajoute des charges axiales supplémentaires involontaires et peut entraîner une perte de graisse dans les roulements.
Si le courant vagabond traversant les roulements (souvent rencontré dans les gros moteurs à vitesse variable) n'est pas traité, des dommages dus à la corrosion galvanique peuvent en résulter, entraînant une défaillance prématurée des roulements.
Conception des roulements du moteur
Les roulements (billes et rouleaux) des moteurs électriques sont utilisés pour soutenir et positionner le rotor, maintenir l'entrefer petit et constant et transférer la charge de l'arbre au châssis du moteur. Les roulements doivent prendre en charge un fonctionnement à haute et basse vitesse, minimiser la friction, réduire le bruit, prolonger la durée de vie et économiser de l'énergie. Étant donné que la conception et l’utilisation des moteurs électriques varient selon les industries, de nombreux types de roulements sont utilisés pour les supporter. Les types de roulements adaptés aux moteurs électriques comprennent les roulements à billes à gorge profonde, les roulements à billes à contact oblique, les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à rouleaux coniques, les roulements à rotule sur rouleaux et les butées à rotule sur rouleaux. Chaque roulement a sa propre configuration et ses propres caractéristiques de performance. Les moteurs électriques contiennent généralement des agencements de roulements fixes et libres pour supporter radialement le rotor et pour positionner axialement le rotor par rapport au stator. Les roulements fixes positionnent l'arbre et supportent les charges axiales, tandis que les roulements libres permettent à l'arbre de se déplacer axialement et de compenser les conditions de surcharge lorsque l'arbre se dilate thermiquement.
Roulements à bille sont couramment utilisés dans les applications sans courroie dans les moteurs jusqu'à 150 chevaux. Ils peuvent supporter des charges radiales et axiales. Pour les petits moteurs utilisés dans les machines horizontales, les plus courants sont deux roulements à billes à gorge profonde montés sur un bout d'arbre dans une configuration de roulements croisés pour contrôler le mouvement de l'arbre. Dans la plupart des moteurs électriques de taille moyenne et grande utilisés dans les machines horizontales, des roulements à billes à gorge profonde sont utilisés comme roulements fixes, tandis que les roulements libres peuvent être des roulements à rouleaux cylindriques, en fonction de la charge, de la vitesse, de la température et de l'environnement de l'application. Les roulements libres s'adaptent à toute expansion axiale causée par la chaleur ou les tolérances de la machine.
Roulements à billes à contact oblique sont conçus pour résister à des charges axiales élevées et permettre un fonctionnement fluide à des vitesses élevées dans les moteurs électriques. Ils peuvent être configurés en rangées simples ou doubles et utilisés dans un certain nombre de conceptions de cages différentes. Les machines verticales utilisent généralement des roulements à billes à gorge profonde, des roulements à billes à contact oblique ou des butées à rotule sur rouleaux, en fonction des charges verticales, du poids de l'arbre et du rotor, de la vitesse, de la température et de l'environnement de fonctionnement.
Roulements à rouleaux cylindriques sont exactement ce dont les moteurs ont besoin lorsqu'ils manipulent des charges axiales extrêmement élevées. Ils fonctionnent efficacement à des vitesses moyennes et élevées et sont disponibles dans une variété de configurations de conception différentes. Ils sont le plus souvent utilisés dans les moteurs électriques entraînés par courroie ou par engrenages.
Roulements scellés
Les roulements étanches sont une conception de roulement couramment utilisée dans les petits moteurs conçus pour limiter l'exposition du roulement à la contamination. Ces roulements ne peuvent pas être lubrifiés avec de la graisse neuve une fois installés. Cela signifie qu'ils ont une durée de vie limitée et doivent être soigneusement surveillés afin de pouvoir être remplacés immédiatement en cas de problème.
Roulements blindés
Les roulements blindés sont une autre conception de roulement utilisée pour limiter la contamination des éléments roulants depuis l'installation jusqu'au fonctionnement du moteur. Ces roulements peuvent être relubrifiés avec de la graisse chargée, mais si la pression interne n'est pas relâchée, le bouclier peut appuyer contre la cage ou les éléments roulants, provoquant de gros problèmes.
L'un des facteurs que vous devez toujours garder à l'esprit lors de la sélection des roulements de moteur est le type de conception de roulement qui convient le mieux au moteur que vous utilisez pour le travail. Si vous ne savez pas quelle conception de roulement convient le mieux à votre environnement de travail, contactez un expert en roulements de moteur pour déterminer quelle configuration de roulement et quel moteur vous conviennent le mieux.
Effet du chargement
La nature de la charge est l’un des principaux facteurs de sélection des roulements. Les roulements nécessitent toujours une charge minimale donnée pour permettre aux éléments roulants de tourner correctement et de former un meilleur film lubrifiant dans la zone de contact du roulement. Sinon, un glissement pourrait se produire, entraînant des températures de fonctionnement plus élevées et une dégradation du lubrifiant. Bien entendu, le roulement doit offrir une capacité de charge suffisante pour atteindre une durée de vie satisfaisante dans l'application. Toutes les charges doivent être prises en compte – non seulement le poids impliqué et les forces générées par la puissance transmise, mais également les charges de couplage et les charges de courroie liées à la charge d'entraînement. Pour les charges couplées, l'arbre du moteur est généralement relié à l'arbre entraînant la charge via un accouplement flexible. Ce type de charge ne crée aucune charge axiale ou radiale sur les roulements du moteur, autre que le poids de l'ensemble rotor et arbre du moteur. (Cependant, un désalignement causé par une installation incorrecte peut augmenter les charges radiales.)
D’une manière générale, les roulements à rouleaux peuvent supporter des charges lourdes et les roulements à billes peuvent supporter des charges légères. Les charges peuvent être des charges radiales, des charges axiales ou une combinaison des deux. Certains roulements, tels que les roulements à rouleaux cylindriques, sont généralement conçus pour supporter uniquement des charges radiales ; d'autres roulements, tels que les roulements à billes à contact oblique, sont principalement adaptés au transport de charges axiales. Les roulements à rouleaux cylindriques ne peuvent supporter que des charges radiales pures et des charges axiales minimales. D'autres roulements radiaux (tels que les roulements à rouleaux coniques et les roulements à rotule sur rouleaux) peuvent supporter des charges axiales en plus des charges radiales, mais il existe également des considérations de charge minimale.
Les roulements à billes à contact oblique peuvent supporter des charges axiales modérées à des vitesses relativement élevées. Pour les charges axiales modérées et élevées agissant dans une seule direction, il est préférable d'utiliser des butées à rouleaux sphériques. La capacité du roulement à supporter des charges axiales dépend de l'angle de contact ou de la charge interne (plus l'angle est grand, plus le roulement est adapté aux charges axiales). Les roulements à billes à contact oblique à une rangée et les roulements à rouleaux coniques ne supportent les charges axiales que dans une seule direction. Dans les applications où les charges axiales agissent alternativement, ces roulements doivent être associés à un autre roulement capable de supporter les charges axiales. Lorsque les charges radiales et axiales agissent simultanément, des charges combinées se produisent. Dans ces cas, les solutions de roulements les plus courantes sont les roulements à contact oblique à une ou deux rangées et les roulements à rouleaux coniques à une rangée (bien que les roulements rigides à billes puissent également convenir, selon le rapport entre les charges axiales et radiales).
La vitesse.
La vitesse de rotation affecte la température de fonctionnement, ce qui affecte à son tour la durée de vie du roulement et du lubrifiant. Par conséquent, la cage, le lubrifiant, la précision de fonctionnement et le jeu du roulement, la fréquence de résonance du système et l'équilibrage des pièces rotatives sont autant de facteurs importants dans le choix du roulement. Pour les applications à grande vitesse, les roulements à billes sont souvent plus adaptés que les roulements à rouleaux. Pour les applications à très grande vitesse, les roulements de précision ou les roulements hybrides peuvent être avantageux.
Température.
Les températures de fonctionnement admissibles des roulements dans les applications de moteurs limiteront la vitesse de fonctionnement des roulements. Les types de roulements à faible friction et à faible chaleur interne fonctionnent bien en fonctionnement à grande vitesse. Lorsque la charge est une charge radiale pure, les roulements à billes à gorge profonde peuvent atteindre la vitesse la plus élevée ; lorsque la charge est une charge combinée, les roulements à billes à contact oblique peuvent atteindre la vitesse la plus élevée. Cela est particulièrement vrai pour les roulements à éléments roulants en céramique.
lubrifiant
Dans des conditions normales de vitesse et de température, les roulements des moteurs sont généralement lubrifiés à la graisse. La graisse permet des conceptions de carter et d'étanchéité plus simples et plus économiques, permet au lubrifiant d'adhérer mieux aux surfaces critiques et offre une protection fiable contre l'encrassement que l'huile. La durée de vie d'une graisse dépend de divers facteurs, notamment le type de roulement, le type de graisse, le sens et la vitesse du moteur, ainsi que la température de fonctionnement du roulement. Les petits roulements à billes des moteurs électriques standard sont généralement équipés de joints ou de protections et sont lubrifiés à vie ; ils n'ont pas besoin d'être regraissés, mais peuvent être remplacés lors des intervalles d'entretien normaux du moteur. Quelle que soit leur taille, les moteurs électriques à usage intensif sont généralement équipés de roulements ouverts et d'une relubrification. (Si la durée de vie de la graisse est inférieure à la durée de vie prévue des roulements, ceux-ci devront évidemment être relubrifiés pendant que la graisse fonctionne encore normalement.)
Parfois, la vitesse de rotation ou la température de fonctionnement rendent l'utilisation de graisse peu pratique, voire impossible, car sa durée de vie ou son temps de relubrification sont trop courts. Dans ces cas, une lubrification à l'huile est nécessaire. En général, seuls les gros moteurs électriques sont lubrifiés à l'huile, notamment en raison de la complexité des joints et du risque potentiel de fuite du système.
Environnement d'exploitation
Des facteurs tels que la température ambiante, la température de fonctionnement, l'humidité et la présence de contaminants tels que la poussière, la saleté, les particules de métal, de bois ou de plastique peuvent tous affecter le type de roulement que vous choisissez et si le roulement doit être protégé ou scellé. L'humidité est particulièrement dommageable pour les roulements. Des mesures doivent donc toujours être prises pour atténuer les effets de l'humidité dans les environnements humides ou sujets à la condensation.
Causes de défaillance des roulements du moteur
Lorsqu'un moteur tombe en panne, les roulements peuvent en être la cause, mais il existe de nombreuses causes autres que les roulements. Ces causes incluent une défaillance des enroulements, du câblage, de la graisse ou des joints, qui à son tour peut entraîner une défaillance du roulement (bien que le roulement ne soit pas la cause première). Une utilisation et un entretien inappropriés des moteurs peuvent augmenter le risque de problèmes et de défaillance prématurée des roulements.
Arc
Les courants vagabonds générés par un arc électrique peuvent endommager les roulements. Bien que les arcs aient généralement tendance à être isolés et localisés, leur effet sur un roulement ressemble presque à une série de petits coups de foudre qui font fondre et réalignent la surface interne du roulement. Le résultat est qu'une partie du matériau de surface s'écaille et se désagrège, créant du bruit dans le roulement et réduisant éventuellement sa durée de vie. Une façon d'éviter les problèmes d'arc électrique consiste à isoler les roulements des courants d'arbre. Des revêtements céramiques spéciaux peuvent être appliqués sur le diamètre extérieur ou intérieur du roulement pour empêcher le courant de circuler à travers le roulement. Les conceptions de roulements hybrides offrent une autre solution en remplaçant les éléments roulants métalliques à l'intérieur du roulement par des billes ou des rouleaux en céramique. Ils isolent efficacement le roulement de l'intérieur.
Humidité
L’humidité ne peut pas toujours être évitée, mais elle peut être contrôlée. L'humidité n'est généralement pas nocive lorsque le moteur tourne. Cependant, lorsque le moteur est éteint et refroidi, de la condensation se produira. La condensation ne peut pas être évitée, mais ses effets nocifs peuvent être évités en utilisant de la graisse additionnée d'inhibiteurs de rouille dans les ensembles de roulements et en faisant tourner fréquemment l'arbre d'un moteur au ralenti lorsque de la condensation est suspectée. De bonnes étanchéités aident à empêcher l’humidité de pénétrer dans la cavité. Il est également important d’éviter de projeter de l’eau directement sur le joint lors du rinçage.
Désalignement de l'arbre
Cause fondamentale courante de défaillance prématurée des roulements, le désalignement entre l'arbre du moteur et l'équipement d'entraînement peut induire des vibrations excessives et une charge interne des roulements et raccourcir la durée de vie du moteur. Les accouplements sont généralement flexibles et peuvent s'adapter à un désalignement. Cependant, ne tenez pas sa flexibilité pour acquise. Pour obtenir un alignement idéal de l'arbre, fixez d'abord l'équipement d'entraînement, puis installez l'accouplement. Ce n'est qu'une fois l'accouplement connecté à l'équipement que le moteur doit être déplacé dans le bon alignement et sécurisé.
Mauvaise lubrification
Une lubrification efficace des roulements nécessite un type et une quantité de lubrifiant appropriés, des intervalles de réapprovisionnement et des méthodes d'application appropriées. Il n’existe pas de règles générales concernant les intervalles de lubrification corrects. Au lieu de cela, les intervalles doivent être déterminés en fonction de la taille et du type de roulement, de la vitesse de fonctionnement, de l'environnement général de fonctionnement et du type de moteur. (Les moteurs verticaux nécessitent une lubrification deux fois plus souvent que les moteurs horizontaux.) Les roulements scellés ou blindés à vie ne doivent généralement pas être relubrifiés. Avant de lubrifier un roulement, déterminez la graisse actuellement utilisée et sélectionnez le même type de graisse ou un produit compatible – toutes les graisses ne sont pas compatibles. (Les fabricants de lubrifiants fournissent des tableaux de compatibilité.) Tenez toujours compte des recommandations du fabricant du moteur.
Évitez la surlubrification
Un ajout de lubrifiant supérieur à la quantité recommandée réduira la durée de vie de la graisse en augmentant les frottements et la température, ce qui pourrait endommager les roulements et nuire aux performances du moteur. Un excès de graisse nécessite de l'énergie pour tourner, ce qui sollicite davantage le moteur. Une lubrification excessive peut également entraîner une accumulation de chaleur indésirable, les éléments roulants tentant d'évacuer l'excès de graisse. L'accumulation de chaleur provoque des frottements, de l'usure et une réduction de la durée de vie de la graisse.
Conclusion
Une sélection, une installation et un entretien appropriés des roulements peuvent contribuer à optimiser les performances et la durée de vie de votre moteur électrique. Tout d’abord, vous devez comprendre les conditions de fonctionnement du moteur, y compris les informations sur la vitesse, la charge de travail, la température et le bruit. En particulier en fonctionnement à grande vitesse, les roulements doivent avoir une stabilité et une rigidité actives élevées pour assurer le fonctionnement normal du moteur. Déterminez le modèle en fonction des conditions d'utilisation et des exigences du moteur. Il est recommandé de choisir des marques connues et des modèles de roulements de haute qualité. Dans le même temps, faites attention aux spécifications et à la précision des roulements. Effectuez les calculs et les tests appropriés, vérifiez et ajustez le modèle de roulement pour garantir que le moteur peut fonctionner normalement dans diverses conditions de travail. De plus, lors de l'utilisation, certains travaux de maintenance et d'entretien de base sont nécessaires, comme le nettoyage et la lubrification des roulements.
Choisir le bon roulement le type est important, mais ce n’est pas le seul critère. En outre, il est également nécessaire de prendre en compte l’influence de nombreux facteurs tels que le matériau du roulement, la précision, la méthode de lubrification et la taille. Pour les gros moteurs ou les moteurs fonctionnant à grande vitesse, une attention particulière doit être portée aux indicateurs techniques et à la qualité des roulements. Lors de l'entretien du moteur et du remplacement des pièces, une attention particulière doit être portée à la sélection, à l'installation et au débogage des roulements pour garantir le fonctionnement normal du moteur. En bref, choisir le bon modèle de roulement de moteur est une garantie importante pour garantir le fonctionnement normal du moteur. Lors de la sélection des roulements de moteur, il est nécessaire d'évaluer et de sélectionner en fonction des conditions et exigences réelles pour garantir la durée de vie et le niveau de performance du moteur. Il peut être difficile de trier tous les facteurs pertinents, mais vous n’êtes pas obligé de le faire seul. Un fabricant de roulements compétent peut vous aider à trouver la meilleure solution pour les besoins spécifiques de votre application.