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Una guida alla selezione dei cuscinetti del motore
Essendo uno dei componenti principali dei motori elettrici, cuscinetti del motore sono sempre stati una questione importante nel campo della produzione di motori. La scelta dei cuscinetti adeguati è direttamente correlata a diversi aspetti quali la stabilità operativa, la durata e i costi di manutenzione del motore. Pertanto, quando si costruisce un motore, è necessario scegliere tra numerosi modelli di cuscinetti in base alle condizioni di lavoro effettive e ai requisiti prestazionali. I cuscinetti del motore sono progettati per trasferire continuamente il carico dall'albero al motore e supportare il rotore. Il guasto di questi cuscinetti spesso comporta costose riparazioni del motore. Non esiste una soluzione universale di cuscinetti antifrizione “taglia unica” per i motori elettrici. Ciascun tipo di cuscinetto ha caratteristiche prestazionali specifiche ed è quindi adatto a condizioni operative specifiche. Una mancata corrispondenza tra i cuscinetti e le applicazioni del motore può causare seri problemi. Questo blog esamina il design, il tipo, le considerazioni, ecc. sulla selezione dei cuscinetti del motore e fornisce suggerimenti costruttivi per scegliere un motore adatto.
I motori con una potenza superiore a 125 CV, velocità superiori a 1,200 giri/min e dotati di cuscinetti a sfere a gola profonda progettati per attività di collegamento diretto della cinghia possono causare sovraccarichi meccanici e guasti prematuri.
Posizionando un motore progettato per cinghie per carichi pesanti su un carico accoppiato potrebbe non fornire un carico radiale sufficiente sugli elementi volventi del cuscinetto. Possono scivolare o scivolare sulle piste, causando temperature elevate e possibilmente il completo fallimento della lubrificazione.
Se i cuscinetti a rulli sono sottocarico (anche con carico del nastro), può verificarsi un guasto prematuro del motore a causa dello stesso fenomeno di slittamento.
Il montaggio di motori con cuscinetti orizzontali in applicazioni verticali aggiunge carichi assiali aggiuntivi non intenzionali e può causare perdite di grasso nei cuscinetti.
Se non si affronta il flusso di corrente vagante attraverso i cuscinetti (spesso riscontrato nei grandi motori a velocità variabile), si possono verificare danni da corrosione galvanica, con conseguente guasto prematuro dei cuscinetti.
Progettazione dei cuscinetti del motore
I cuscinetti volventi (sfere e rulli) nei motori elettrici vengono utilizzati per supportare e posizionare il rotore, mantenere il traferro piccolo e costante e trasferire il carico dall'albero al telaio del motore. I cuscinetti dovrebbero supportare il funzionamento ad alta e bassa velocità, ridurre al minimo l'attrito, ridurre il rumore, prolungare la durata e risparmiare energia. Poiché la progettazione e l’utilizzo dei motori elettrici variano tra i diversi settori, esistono molti tipi di cuscinetti utilizzati per supportarli. I tipi di cuscinetti adatti per i motori elettrici includono cuscinetti a sfere a gola profonda, cuscinetti a sfere a contatto obliquo, cuscinetti a rulli cilindrici, cuscinetti a rulli conici, cuscinetti orientabili a rulli e cuscinetti assiali orientabili a rulli. Ciascun cuscinetto ha la propria configurazione e caratteristiche prestazionali. I motori elettrici tipicamente contengono disposizioni di cuscinetti di vincolo e non di vincolo per supportare radialmente il rotore e per posizionare assialmente il rotore rispetto allo statore. I cuscinetti di vincolo posizionano l'albero e supportano i carichi assiali, mentre i cuscinetti non di vincolo consentono all'albero di muoversi assialmente e compensano le condizioni di sovraccarico quando l'albero si espande termicamente.
Cuscinetti a sfera sono comunemente utilizzati in applicazioni senza cinghia in motori fino a 150 cavalli. Possono sopportare carichi radiali e assiali. Per i piccoli motori utilizzati in macchinari orizzontali, i più comuni sono due cuscinetti a sfere a gola profonda montati su un albero intermedio in una configurazione di cuscinetti incrociati per controllare il movimento dell'albero. Nella maggior parte dei motori elettrici di medie e grandi dimensioni utilizzati nelle macchine orizzontali, i cuscinetti a sfere con gola profonda vengono utilizzati come cuscinetti di vincolo, mentre i cuscinetti non di vincolo possono essere cuscinetti a rulli cilindrici, a seconda del carico, della velocità, della temperatura e dell'ambiente dell'applicazione. I cuscinetti liberi assorbono qualsiasi espansione assiale causata dal calore o dalle tolleranze della macchina.
Cuscinetti a sfere a contatto obliquo sono progettati per resistere a carichi assiali elevati e consentire un funzionamento regolare ad alte velocità all'interno dei motori elettrici. Possono essere configurati come file singole o doppie e utilizzati in numerosi modelli di gabbie diverse. Le macchine verticali si affidano generalmente a cuscinetti a sfere a gola profonda o cuscinetti a sfere a contatto obliquo o cuscinetti assiali orientabili a rulli, a seconda dei carichi verticali, del peso dell'albero e del rotore, della velocità, della temperatura e dell'ambiente operativo.
Cuscinetti a rulli cilindrici sono esattamente ciò di cui i motori hanno bisogno quando gestiscono carichi assiali estremamente elevati. Funzionano in modo efficiente sia a velocità medie che alte e sono disponibili in una varietà di configurazioni di design diverse. Sono spesso utilizzati nei motori elettrici azionati da cinghia o ingranaggi.
Cuscinetti sigillati
I cuscinetti sigillati sono un design del cuscinetto comunemente utilizzato nei piccoli motori progettati per limitare l'esposizione del cuscinetto alla contaminazione. Questi cuscinetti non possono essere lubrificati con grasso nuovo una volta installati. Ciò significa che hanno una durata limitata e devono essere attentamente monitorati in modo da poterli sostituire immediatamente in caso di problemi.
Cuscinetti schermati
I cuscinetti schermati sono un altro tipo di cuscinetto utilizzato per limitare la contaminazione degli elementi volventi dall'installazione al funzionamento del motore. Questi cuscinetti possono essere rilubrificati con grasso pieno, ma se la pressione interna non viene scaricata, lo scudo può premere contro la gabbia o gli elementi volventi, causando grossi problemi.
Uno dei fattori che devi sempre tenere a mente quando selezioni i cuscinetti del motore è quale tipo di design del cuscinetto è migliore per il motore che stai utilizzando per il lavoro. Se non sei sicuro di quale sia il design dei cuscinetti più adatto al tuo ambiente di lavoro, contatta un esperto di cuscinetti per motori per determinare quale configurazione di cuscinetti e motore sia più adatto a te.
Effetto del carico
La natura del carico è uno dei fattori principali nella scelta dei cuscinetti. I cuscinetti richiedono sempre un determinato carico minimo per consentire agli elementi volventi di ruotare correttamente e formare un film lubrificante migliore nella zona di contatto volvente. In caso contrario, potrebbe verificarsi uno slittamento, con conseguente aumento delle temperature di esercizio e degrado del lubrificante. Naturalmente, il cuscinetto deve fornire una capacità di carico sufficiente per ottenere una durata di servizio soddisfacente nell'applicazione. È necessario considerare tutti i carichi: non solo il peso coinvolto e le forze generate dalla potenza trasmessa, ma anche i carichi di accoppiamento e quelli della cinghia collegati al carico di trasmissione. Per i carichi accoppiati, l'albero del motore è solitamente collegato all'albero che aziona il carico tramite un giunto flessibile. Questo tipo di carico non crea carichi assiali o radiali sui cuscinetti del motore, oltre al peso del rotore del motore e del gruppo albero. (Tuttavia, il disallineamento causato da un'installazione errata può aumentare i carichi radiali.)
In generale, i cuscinetti a rulli possono sopportare carichi pesanti mentre i cuscinetti a sfere possono sopportare carichi leggeri. I carichi possono essere carichi radiali, carichi assiali o una combinazione di entrambi. Alcuni cuscinetti, come i cuscinetti a rulli cilindrici, sono generalmente progettati per sopportare solo carichi radiali; altri cuscinetti, come i cuscinetti a sfere a contatto obliquo, sono principalmente adatti a sopportare carichi assiali. I cuscinetti a rulli cilindrici possono sopportare solo carichi radiali puri e carichi assiali minimi. Altri cuscinetti radiali (come i cuscinetti a rulli conici e i cuscinetti orientabili a rulli) possono sopportare carichi assiali oltre ai carichi radiali, ma esistono anche considerazioni sul carico minimo.
I cuscinetti a sfere a contatto obliquo possono supportare carichi assiali moderati a velocità relativamente elevate. Per carichi assiali moderati e pesanti agenti in una direzione, specificare i cuscinetti assiali orientabili a rulli. La capacità del cuscinetto di sopportare carichi assiali sarà determinata dall'angolo di contatto o dall'azione del carico all'interno del cuscinetto (maggiore è l'angolo, più il cuscinetto è adatto ai carichi assiali). I cuscinetti a sfere a contatto obliquo ad una corona e i cuscinetti a rulli conici possono sopportare il carico assiale solo in una direzione. Nelle applicazioni in cui i carichi assiali agiscono in modo alternato, questi cuscinetti devono essere abbinati ad un altro cuscinetto in grado di sopportare i carichi assiali. Quando i carichi radiali e assiali agiscono contemporaneamente, si verificano carichi combinati. In questi casi, le soluzioni di cuscinetti più comuni sono i cuscinetti a contatto angolare a singola e doppia corona e i cuscinetti a rulli conici a singola corona (anche se possono essere adatti anche cuscinetti a sfere con gola profonda, a seconda del rapporto tra carichi assiali e radiali).
Velocità.
La velocità di rotazione influisce sulla temperatura operativa, che a sua volta influisce sulla durata dei cuscinetti e del lubrificante. Pertanto, la gabbia, il lubrificante, la precisione operativa e il gioco del cuscinetto, la frequenza di risonanza del sistema e l'equilibrio delle parti rotanti sono tutti fattori importanti nella scelta del cuscinetto. Per le applicazioni ad alta velocità, i cuscinetti a sfere sono spesso più adatti dei cuscinetti a rulli. Nelle applicazioni ad altissima velocità, i cuscinetti di precisione o i cuscinetti ibridi possono offrire vantaggi.
Temperatura.
Le temperature operative ammissibili dei cuscinetti nelle applicazioni motoristiche limiteranno la velocità operativa dei cuscinetti volventi. I tipi di cuscinetti con basso attrito e basso calore interno funzionano bene nel funzionamento ad alta velocità. Quando il carico è puramente radiale, i cuscinetti a sfere a gola profonda possono raggiungere la massima velocità; quando il carico è combinato, i cuscinetti a sfere a contatto obliquo possono raggiungere la massima velocità. Ciò è particolarmente vero per i cuscinetti con elementi volventi in ceramica.
lubrificante
In condizioni normali di velocità e temperatura, i cuscinetti del motore sono generalmente lubrificati con grasso. Il grasso consente di progettare alloggiamenti e guarnizioni più semplici ed economici, consente al lubrificante di aderire meglio alle superfici critiche e fornisce una protezione affidabile contro le incrostazioni rispetto all'olio. La durata prevista di un grasso dipende da una varietà di fattori, tra cui il tipo di cuscinetto, il tipo di grasso, la direzione e la velocità del motore e la temperatura operativa del cuscinetto. I piccoli cuscinetti a sfera nei motori elettrici standard sono generalmente dotati di guarnizioni o protezioni e sono lubrificati a vita: non necessitano di essere nuovamente ingrassati, ma possono essere sostituiti durante i normali intervalli di manutenzione del motore. Indipendentemente dalle dimensioni, i motori elettrici per carichi pesanti sono generalmente dotati di cuscinetti aperti e rilubrificazione. (Se la durata del grasso è inferiore alla durata prevista dei cuscinetti, i cuscinetti dovranno ovviamente essere rilubrificati mentre il grasso funziona ancora come previsto.)
A volte, la velocità di rotazione o la temperatura operativa rendono l’uso del grasso poco pratico o impossibile perché la durata del grasso o il tempo di rilubrificazione sono troppo brevi. Queste situazioni richiedono la lubrificazione con olio. Generalmente, solo i motori elettrici di grandi dimensioni sono lubrificati con olio, in parte a causa della necessità di guarnizioni complesse e del potenziale rischio di perdite del sistema.
Ambiente operativo
Fattori come la temperatura ambiente, la temperatura operativa, l'umidità e la presenza di contaminanti come polvere, sporco, metallo, legno o particelle di plastica possono influenzare il tipo di cuscinetto scelto e se il cuscinetto deve essere schermato o sigillato. L'umidità è particolarmente dannosa per i cuscinetti, quindi è sempre necessario adottare misure per mitigare gli effetti dell'umidità in ambienti umidi o soggetti a condensa.
Cause di guasto dei cuscinetti del motore
Quando un motore si guasta, i colpevoli potrebbero essere i cuscinetti, ma ci sono molte altre cause oltre ai cuscinetti. Queste cause includono guasti ad avvolgimenti, cablaggi, grasso o guarnizioni, che a loro volta possono portare al guasto dei cuscinetti (sebbene il cuscinetto non sia la causa principale). L'uso e la manutenzione impropri dei motori possono aumentare il rischio di problemi e guasti prematuri dei cuscinetti.
Inchinarsi
Le correnti vaganti generate dall'arco possono causare danni ai cuscinetti. Sebbene gli archi generalmente tendano ad essere isolati e localizzati, l’effetto su un cuscinetto è quasi simile a una serie di piccoli fulmini che fondono e riallineano la superficie interna del cuscinetto. Il risultato è che parte del materiale superficiale si sfalda e cade a pezzi, creando rumore nel cuscinetto e possibilmente riducendone la durata. Un modo per evitare problemi di formazione di archi è isolare i cuscinetti dalle correnti dell'albero. Speciali rivestimenti ceramici possono essere applicati al diametro esterno o interno del cuscinetto per impedire il flusso di corrente attraverso il cuscinetto. I design ibridi dei cuscinetti offrono un'altra soluzione sostituendo gli elementi volventi metallici all'interno del cuscinetto con sfere o rulli in ceramica. Isolano efficacemente il cuscinetto dall'interno.
Umidità
L’umidità non può sempre essere evitata, ma può essere controllata. L'umidità solitamente non è dannosa quando il motore è in funzione. Tuttavia, quando il motore viene spento e raffreddato, si formerà della condensa. Non è possibile prevenire la formazione di condensa, ma è possibile prevenirne gli effetti dannosi utilizzando grasso con aggiunta di inibitori della ruggine nei gruppi di cuscinetti e ruotando frequentemente l'albero di un motore al minimo quando si sospetta la formazione di condensa. Buone guarnizioni aiutano a prevenire l'intrusione di umidità nella cavità. È inoltre importante evitare di spruzzare acqua direttamente sulla guarnizione durante il lavaggio.
Disallineamento dell'albero
Una causa comune di guasto prematuro dei cuscinetti, il disallineamento tra l'albero del motore e l'apparecchiatura di azionamento può indurre vibrazioni e carichi interni eccessivi sui cuscinetti e ridurre la durata di servizio del motore. I giunti sono generalmente flessibili e possono adattarsi al disallineamento. Tuttavia, non dare per scontata la sua flessibilità. Per ottenere un allineamento ideale dell'albero, fissare prima l'attrezzatura di trasmissione e quindi installare il giunto. Solo dopo aver collegato il giunto all'apparecchiatura il motore deve essere spostato nell'allineamento corretto e fissato.
Lubrificazione impropria
Una lubrificazione efficace dei cuscinetti richiede tipo e quantità di lubrificante, intervalli di rifornimento e metodi di applicazione adeguati. Non esistono regole generali per i corretti intervalli di lubrificazione. Gli intervalli dovrebbero invece essere determinati in base alle dimensioni e al tipo di cuscinetto, alla velocità operativa, all’ambiente operativo generale e al tipo di motore. (I motori verticali richiedono lubrificazione due volte più spesso dei motori orizzontali.) I cuscinetti sigillati o schermati a vita generalmente non devono essere rilubrificati. Prima di lubrificare un cuscinetto, determinare il grasso attualmente utilizzato e selezionare lo stesso tipo di grasso o un prodotto compatibile: non tutti i grassi sono compatibili. (I produttori di lubrificanti forniscono tabelle di compatibilità.) Considerare sempre le raccomandazioni del produttore del motore.
Evitare una lubrificazione eccessiva
L'aggiunta di lubrificante rispetto a quello specificato ridurrà la durata del grasso provocando un aumento dell'attrito e della temperatura, danneggiando potenzialmente i cuscinetti e influenzando negativamente le prestazioni del motore. Se c'è troppo grasso, gli elementi volventi necessitano di energia per ruotare. Ciò comporta un carico maggiore sul motore. Una lubrificazione eccessiva può anche portare ad un accumulo di calore indesiderato poiché gli elementi volventi cercano di eliminare il grasso in eccesso. L'accumulo di calore causa attrito, usura e riduce la durata del grasso.
Conclusione
La corretta selezione, installazione e manutenzione dei cuscinetti può aiutare a ottimizzare le prestazioni e la durata del motore elettrico. Innanzitutto è necessario comprendere le condizioni operative del motore, comprese le informazioni su velocità, carico di lavoro, temperatura e rumore. Soprattutto durante il funzionamento ad alta velocità, i cuscinetti devono avere elevata stabilità attiva e rigidità per garantire il normale funzionamento del motore. Determinare il modello in base alle condizioni di utilizzo e ai requisiti del motore. Si consiglia di scegliere alcuni marchi noti e modelli di cuscinetti di alta qualità. Allo stesso tempo, prestare attenzione alle specifiche e alla precisione dei cuscinetti. Eseguire calcoli e test appropriati, verificare e regolare il modello del cuscinetto per garantire che il motore possa funzionare normalmente in varie condizioni di lavoro. Inoltre, durante l'uso, sono necessari alcuni lavori di manutenzione e manutenzione di base, come la pulizia e la lubrificazione dei cuscinetti.
Scegliere il cuscinetto giusto il tipo è importante, ma non è l'unico criterio. Inoltre, è necessario considerare anche l’influenza di numerosi fattori quali il materiale del cuscinetto, la precisione, il metodo di lubrificazione e le dimensioni. Per motori di grandi dimensioni o motori che funzionano ad alta velocità, è necessario prestare particolare attenzione agli indicatori tecnici e alla qualità dei cuscinetti. Quando si esegue la manutenzione del motore e la sostituzione delle parti, è necessario prestare attenzione alla selezione, all'installazione e al debug dei cuscinetti per garantire il normale funzionamento del motore. In breve, la scelta del modello corretto di cuscinetto del motore è una salvaguardia importante per garantire il normale funzionamento del motore. Quando si scelgono i cuscinetti del motore, è necessario valutarli e selezionarli in base alle condizioni e ai requisiti effettivi per garantire la durata e il livello di prestazioni del motore. Ordinare tutti i fattori rilevanti può essere difficile, ma non devi farlo da solo. Un produttore di cuscinetti esperto può aiutarti a trovare la soluzione migliore per le tue esigenze applicative specifiche.