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Nel mondo delle macchine elettriche esiste un eroe invisibile che alimenta silenziosamente innumerevoli dispositivi e sistemi industriali: il - il motore lancia. Anche se spesso messo in ombra dalle sue controparti più visibili, l’albero motore svolge un ruolo vitale nel convertire l’energia elettrica in energia meccanica e fa avanzare il nostro mondo moderno. L'albero motore senza pretese è il collegamento fondamentale tra il motore e il carico azionato, trasmettendo la coppia e consentendo a vari meccanismi di funzionare senza problemi. In questo articolo esploreremo l'anatomia di un albero motore, la sua funzione e i fattori chiave da considerare quando selezionando l'albero giusto per prestazioni ed efficienza ottimali.
Un albero motore è un elemento cruciale nella maggior parte dei meccanismi rotanti. Quando si determina il materiale ideale per la produzione degli alberi motore, è necessario considerare diversi fattori come i costi e i difetti del materiale. In sostanza, l'albero motore funge da componente principale di un motore.
L'albero motore è una struttura cilindrica che si estende dal motore e dal suo involucro. La sua funzione principale è trasferire energia dal motore all'applicazione prevista. Gli alberi con perni di precisione funzionano con velocità e coppia e sono disponibili numerose opzioni presso produttori, distributori, fornitori e aziende.
Inoltre, l'albero motore funge da componente cuscinetto situato al centro del pacco rotorico, che facilita la trasmissione della coppia generata elettricamente attraverso la corrispondente configurazione positiva.
Cos'è un albero motore?
Il componente principale nella maggior parte dei dispositivi rotanti è l'albero motore. Un albero è una sezione meccanica per trasformare la rotazione e la coppia. La dimensione dell'albero influenza in modo significativo la coppia in questi dispositivi. Pertanto, la modellazione e la prototipazione precisa degli alberi sono essenziali per tutte le applicazioni.
A parte la necessità di montare il rotore e vari accessori, il design dell'albero motore dipende fortemente dall'approccio di raffreddamento scelto per il dispositivo elettrico. In particolare, nei motori elettrici più grandi e con alberi motore corrispondentemente più lunghi e più grandi, un albero cavo può offrire nuove possibilità di progettazione sia per la costruzione leggera che per il sistema di raffreddamento.
Vengono impiegati vari meccanismi per trasferire la coppia dall'elettricità all'uscita cinetica nella trasmissione, azionando così il dispositivo. Data l'elevata velocità di rotazione, superiore a 20,000 giri al minuto, e le coppie significative coinvolte, gli alberi motore devono sopportare carichi estremamente elevati. Ciò richiede l'uso di componenti per carichi pesanti che soddisfino anche i severi requisiti di progettazione leggera.
Cos'è la messa a terra dell'albero?
La messa a terra dell'albero impedisce all'energia di danneggiare i componenti delicati del motore. Questi dispositivi forniscono un percorso più sicuro verso terra deviando l'energia elettrica lontano dai componenti vulnerabili del motore con bassa resistenza, come i cuscinetti del motore.
Costruzione alberi motore
La scelta del materiale giusto può migliorare l'affidabilità. Quando si considera il materiale migliore per l'attrezzatura e il suo albero, il costo dovrebbe essere la prima considerazione.
I materiali tipici utilizzati per gli alberi motore sono l'acciaio dolce, ma quando è richiesta un'elevata resistenza, vengono utilizzati acciai legati come gli acciai al cromo vanadio, nichel e nichel-cromo.
La maggior parte dei produttori di motori utilizza acciaio SAE 1045 laminato a caldo (HRS) o laminato a freddo (CRS). C1045 è un acciaio a medio carbonio e a media resistenza disponibile in forma forgiata o normalizzata. Questo acciaio ha la giusta quantità di tenacità, robustezza e resistenza all'usura. Visita qui per vedere il suo processo di produzione.
Può essere utilizzato su bulloni, assi, alberi motore, bielle forgiate, ingranaggi leggeri, barre di torsione, aste di guida e altro ancora.
Altre sostanze includono SAE 1137 vulcanizzato, SAE 1117, SAE 1144, SAE 1018 laminato a freddo e SAE 1035 laminato a caldo. I fanghi di macinazione di qualsiasi sostanza possono essere utilizzati su specifici torni CNC.
In generale, gli acciai vulcanizzati e laminati a freddo possono avere un costo maggiore, fino al 15%, rispetto agli acciai laminati a caldo, ma offrono prestazioni superiori. È essenziale condurre prove di lavorazione per controllare eventuali spese aggiuntive. Poiché ogni unità assale ha prestazioni diverse, non esistono sostanze consolidate o metodi di manutenzione della lavorazione.
Se si considera il costo per libbra, l’acciaio al carbonio semplice laminato a caldo è più economico dell’acciaio vulcanizzato laminato a freddo. Tuttavia, quando si utilizzano materiali laminati a caldo sorgono alcune sfide. A causa della mancanza di monitoraggio del diametro esterno (OD) durante il processo di laminazione, il materiale laminato a caldo richiede in genere dimensioni maggiori.
I produttori di motori devono valutare se le maggiori dimensioni e il minor costo del materiale delle barre laminate a caldo superano i vantaggi delle barre laminate a freddo.
I materiali laminati a caldo spesso presentano tensioni residue, punti duri e morbidi, vuoti e altri difetti del materiale, che possono portare a difficoltà di lavorazione. Alcuni acciai ad alta resistenza hanno uno strato esterno indurito, che li rende meno resistenti se utilizzati con alberi.
L'esecuzione dei test aiuta a scegliere la sostanza migliore tra CRS, HRS, materiali vulcanizzati e non vulcanizzati.
I servizi di riparazione elettromeccanica industriale, o IER Services, sono stati fondati nel 2011 per fornire servizi di riparazione efficaci e rapidi per tutti i tipi di strumenti elettromeccanici, inclusi motori CC e CA, azionamenti a frequenza variabile, pompe, bilanciamento dinamico e altro ancora. Supportano anche i servizi di calibrazione degli alberi.
Non solo forniscono ai propri clienti servizi di fissaggio di alberi motore di qualità, ma offrono anche alberi motore speciali per altre valvole, pompe, motori e componenti idraulici.
Materiali disponibili per la costruzione dell'albero motore
-Acciaio legato
-Alluminio
-Rame berillio
-Ottone
-Bronzo
-Acciaio al carbonio
-Rame
-Nichel
Produzione di alberi motore
Come accennato in precedenza, la maggior parte dei produttori di motori utilizza SAE 1045 sia nell'acciaio laminato a freddo (CRS) che nell'acciaio laminato a caldo (HRS). In base al costo per libbra, il materiale in acciaio al carbonio laminato a caldo è meno costoso del materiale laminato a freddo. Tuttavia, durante il processo di laminazione è necessario considerare fattori come le dimensioni.
I produttori di apparecchiature elettriche devono valutare se le barre laminate a caldo con costi del materiale inferiori e dimensioni maggiori sono più o meno costose delle barre laminate a freddo.
Le sostanze laminate a caldo sono più problematiche da lavorare a causa delle loro caratteristiche di punti deboli, punti duri, vuoti, tensioni residue e altri difetti del materiale. Lo svantaggio principale di alcuni acciai altoresistenziali è che la parte più dura è solo lo strato esterno. Pertanto, una volta che l'albero viene lavorato, il sistema perde resistenza.
Sono necessari test meccanici per selezionare l'opzione migliore tra i vari materiali. (Alcuni produttori di motori utilizzano CRS vulcanizzato a causa delle difficoltà nell'utilizzo di HRS).
L'importanza dell'allineamento dell'albero motore
Il corretto allineamento dell'albero motore aumenta la durata delle prestazioni delle apparecchiature rotanti. Ciò può essere ottenuto solo progettando accuratamente i componenti che hanno maggiori probabilità di non funzionare entro limiti di progettazione accettabili.
L'Office of Advanced Manufacturing del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha fornito linee guida e raccomandazioni per i fattori critici relativi all'allineamento e al disallineamento. Di seguito è riportato un riepilogo dei suggerimenti importanti da considerare in merito all'allineamento dell'albero motore:
Sebbene il disallineamento non abbia un impatto significativo sull'efficienza, garantire un corretto allineamento dell'albero può migliorare l'efficienza e la fluidità del trasferimento di energia dal motore all'apparecchiatura azionata. Il disallineamento si verifica quando le linee centrali dell'albero motore e del dispositivo condotto non coincidono. Ciò può causare ulteriore rumore, vibrazioni, guasti prematuri di cuscinetti, giunti o alberi e un aumento della temperatura di cuscinetti e giunti.
Tipi di disallineamento dell'albero motore
Il disallineamento angolare si verifica quando il motore è montato obliquamente rispetto all'apparecchiatura azionata. Se i centri dell'attrezzatura di inseguimento e dell'albero motore vengono estesi, si incroceranno effettivamente l'uno con l'altro invece di correre lungo o sovrapporsi alla linea centrale standard. A differenza dell'inclinazione di un albero macchina fisso, lo "spazio" (differenza di spazio tra le superfici di accoppiamento) o la differenza di inclinazione dell'albero motore può verificarsi verticalmente, orizzontalmente o in entrambe le direzioni. Il disallineamento angolare può causare in particolare gravi danni alle apparecchiature e ai motori azionati.
Il disallineamento parallelo si verifica non appena le linee centrali di due alberi sono in una configurazione parallela, ma non sulla stessa linea. Il disallineamento parallelo può assumere due forme; gli alberi possono essere sfalsati verticalmente (situati a diverse altezze), orizzontalmente (spostati a sinistra o a destra) o entrambi.
Il disallineamento combinato si verifica quando l'albero motore è parallelo e angolarmente disallineato. Questo è il disallineamento più comune nel sistema.
Misure consigliate per il disallineamento dell'albero motore
Di seguito verranno presentate alcune misure consigliate per il disallineamento dell'albero motore:
-Controllare annualmente l'allineamento degli alberi di tutte le apparecchiature critiche per la produzione.
-Controllare il disallineamento degli strumenti appena installati dovuti all'assestamento delle fondazioni da 3 a 6 mesi dopo la loro messa in servizio.
-Controllare le vibrazioni e la tendenza all'aumento delle vibrazioni, che è il principale segno di disallineamento. Il disallineamento può essere causato da un serraggio insufficiente dei bulloni, da un cedimento della fondazione o da un guasto dell'albero di uscita.
-Utilizzare metodi di manutenzione predittiva, tra cui l'analisi dello spettro e i test sulle vibrazioni, per distinguere tra disallineamento dell'albero, usura dei cuscinetti o vibrazioni indotte elettricamente.
Caratteristiche dell'albero motore
A seconda delle esigenze dell'utente, l'albero motore può essere trasformato in albero cavo o albero pieno.
-Il design leggero è disponibile in tubi e come versione integrata.
-Sono possibili varie combinazioni di materiali.
-L'albero motore è pronto per l'installazione o come componente semilavorato prossimo alla sua sagoma definitiva.
-Peso leggero (risparmio di risorse) ed elevata capacità di trasmissione
-Le spline possono essere modificate in base alle esigenze del cliente
L'albero motore dentro motori sincroni a magneti permanenti svolge un ruolo cruciale nel garantire prestazioni efficienti e affidabili. Il suo design, comprese le considerazioni su montaggio, accessori, raffreddamento e capacità di carico, è essenziale per ottimizzare la funzionalità del motore. Comprendendo l'importanza del corretto allineamento dell'albero e risolvendo eventuali problemi di disallineamento, i produttori di motori possono mitigare problemi quali aumento del rumore, vibrazioni e guasti prematuri dei componenti. In definitiva, un albero motore ben progettato e adeguatamente allineato contribuisce all’efficienza complessiva e alla longevità dei motori sincroni a magneti permanenti, aprendo la strada al progresso in vari settori che dipendono dai sistemi di propulsione elettrica.
