Подшипники для электродвигателей.

Электродвигатели – важнейшие составляющие электрооборудования производственного и бытового назначения, поэтому столь важен контроль их технического состояния.

Потребность в ремонте определяется правилами ПТЭ (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утверждено приказом МИНЭНЕРГО России от 13 января 2003 г. N6. С изменениями 13 сентября 20018 г.) и ПТБ ( Правила техники безопасности, ПОТ РМ-16-2001,Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок) и осуществляется на основе результатов осмотров. Своевременной диагностика состояния электродвигателя предупреждает серьезные аварийные ситуации и необходимость срочного и дорогого ремонта.

При осмотре в первую очередь обращают внимание на состояние подшипников, в основном они рассчитаны на непрерывную работу в течении года 8 – 10 тыс. часов, при нормативных нагрузках.

Своевременная диагностика и замена подшипников позволит избежать более серьезного ремонта.

Теперь о подшипниках , которые используются для электродвигателей.

Основой для выбора подшипника является его долговечность.

- Что влияет на работу подшипника в электродвигателях :

- Правильный выбор подшипника по размерам, зазорам, смазке ( если открытый );

- Монтаж - демонтаж;

- Смазка и периодичность ее замены;

- Монтаж на оборудование , точность выставления соосности валов и т.д..

- Условия эксплуатации – нормативные нагрузки ,защищенность от погодных условий и т.д.

Какой подшипник выбрать, точнее какого производителя? Это в первую очередь зависит от оборудования в котором он будет работать и требованию к долговечности.

У электродвигателей влияние на его долговечность имеет способ переноса крутящего момента на ведомый привод и характер работы ведомого оборудования. При разных способах переноса крутящего момента (зубчатая передача, муфты, ременная передача и т.д.) возникают и разные динамические нагрузки. Характер работы ведомого оборудования (плавная нагрузка, переменная нагрузка, постоянные или периодические рывки идр.) также влияют на долговечность подшипников.

Ориентировочные требования к долговечности подшипников для электродвигателей :

Таблица из статьи «KINEX BEARINGS, SERVIS & CONSULTING»

Соответственно требования подшипнику, его точности и качеству повышается в соответствии с требованием к долговечности. Так же повышаются требования к качеству смазки и частоте ее замены.

Какие подшипники по конструкции используются ?

- Шариковые радиальные подшипники – однорядные

- Исполнение открытого типа;

- Исполнение закрытого типа

- Суффиксы в обозначении- 2Z( ISO), префиксы в обозначении- 80( ГОСТ) - металлические шайбы с двух сторон, смазка внутри подшипника.

- Суффиксы в обозначении-2RS(ISO), префиксы в обозначении -180(ГОСТ) – металлическая шайба обрезиненная с одной или двумя кромочным уплотнением со смазкой внутри.

- С расширенными радиальными зазорами суффиксы- С3 и С4 (ISO), преффиксы -7 и 8 (ГОСТ)

- Класс точности префиксы в обозначении- 6; 5; 4 по ГОСТу , префиксы- Р6; Р5; Р4 по ISO

- Токозащищенные для SKF суффиксы VL0241 – защищенное внутреннее кольцо.

VL2071 - защищенное наружное кольцо.

- Однорядные радиально – упорные шариковые подшипники

В основном с углом контакта 40 градусов и 25 градусов

Пример 7313 ВЕСВМ и 7208 АСDGA/P4A по ISO. По ГОСТ 66 и 46 серии, пример 66414Л, 46215Л.

• Класс точности суффиксы- Р6; Р5; Р4 по ISO, префиксы- 6,5,4 по ГОСТ
• Сепаратор латунь суффиксы в обозначении- Л и М, металл КМ, полиамид Е, суффиксы- М; J; Р по ISO

- Однорядные роликовые подшипники

- Конструктивные исполнения

Суффиксы в обозначении N; NU; NJ; NUP по ISO, и по ГОСТ -2, 32, 42, 52 серия

- Токозащищенные для SKF суффиксы VL0241 – защищенное внутреннее кольцо.

VL2071 - защищенное наружное кольцо.

- Двухрядные роликосферические подшипники

В основном используются для электродвигателей с большими нагрузками и низкой частотой вращения.

- Сепараторы латунь ; металл ; полиамид , соответственно по ГОСТ суффиксы Л и М, КМ, Е, суффиксы по ISO – ЕСM, ECJ, ECP.

Важным условием работы подшипника является грамотный монтаж согласно инструкции.

Посадочные размеры

Особенно стоит внимательно относиться и к посадочным размерам, если замена подшипника производится не первый раз : валы восстановлены, посадочные места в корпусе разбиты.

На что обратить внимание

- Геометрия вала, промерить вал в разных точках, Точность цилиндрических посадочных поверхностей, опорных торцов и заплечников валов и корпусов сопряженных с кольцами подшипников должны соответствовать точности применяемых подшипников.

Для подшипников нормальной точности допуски и размеры цилиндрических посадочных поверхностей валов должны соответствовать , как минимум 6 квалитету точности по ISO, а размеры посадочных поверхностей корпусов 7 квалитету.

Для подшипников более высокой точности используют соответственно допуски более высоких квалитетов.

Допуски цилиндричности, согласно ISO 1101 – 1983, должны быть на 1-2 квалитета выше, чем предписанные допуски на размеры.

Допуски перпендикулярности опорных торцов, согласно стандарта ISO 1101-1983, должны быть по меньшей мере на один квалитет точнее ,чем предписанные допуски на диаметр прилегающей цилиндрической посадочной поверхности.

Внутренний зазор в подшипнике.

Под зазором в подшипнике понимают величину перемещения одного кольца подшипника относительно другого в радиальном ( радиальный зазор ) или осевом ( осевой зазор ) направлениях.

Различают зазоры в подшипниках до монтажа ( начальный зазор ) и после ,который имеет место в условиях эксплуатации ( рабочий зазор ).

Зазор в подшипнике до монтажа обычно больше чем рабочий зазор, в следствии влияния посадки колец с натягом и тепловым расширением деталей подшипника и сопряженных деталей.

Как правило рабочий зазор в подшипнике должен быть больше нуля, небольшой преднатяг так же не влияет на работоспособность шарикоподшипников. Однако по соображениям надежности, следует избегать преднатяга для подшипников, используемых для ремонта в процессе эксплуатации электродвигателей.

Радиальная фиксация подшипников.

Кольца подшипника не должны проворачиваться в посадке под нагрузкой.

Для предотвращения проворота колец относительно сопряженных деталей следует выбирать посадки с учетом величины нагрузки , чем выше нагрузка, тем больше должен быть натяг посадки.

Если кольцо подшипника не вращается и нагрузка имеет постоянное направление , или кольцо и нагрузка вращаются в одном направлении с одинаковой скоростью, вращающееся кольцо устанавливается с натягом. Другое кольцо в свободной посадке.

Если направление нагрузки не определено, или имеет место значительная вибрация, то оба кольца следует устанавливать с натягом. Вращающие кольца устанавливаются с посадкой в соответствии с нагрузкой , не вращающиеся кольца с более свободной посадкой.

Внутренний зазор в подшипнике.

Обусловленное натягом посадки уменьшение внутреннего зазора, может оказаться настолько большим, что необходимо применять подшипник с внутренним радиальным зазором больше чем нормальный , на пример С3 или С4.

Влияние температуры : Во время работы подшипника температура его колец обычно бывает выше, чем сопряженных деталей. При этом натяг в посадке внутреннего кольца и зазор в посадке наружного кольца уменьшаются. Нагрев вала и охлаждение корпуса влияют на величину натяга колец и внутренний рабочий зазор в подшипнике.

Что бы ограничить биение и вибрацию , подшипники качения к которым предъявляются высокие требования по точности вращения, не следует устанавливать со свободными посадками. Необходимо соблюдать выше указанные рекомендации. Специалисты технической поддержки ООО «Автоштамп» проконсультируют Вас в данных вопросах.

Материалы конструкций сопряженных деталей.

Недостаточный контакт в месте посадки и другие нарушения в установке подшипника, такие как перекошенные дистанционные кольца или не перпендикулярность заплечников вала и корпуса могут привести к неравномерной деформации колец подшипника. Если корпуса тонкостенные или изготовлены из легких сплавов, то необходимо выбирать для установки подшипников посадки с большим натягом, чем в толстостенных, стальных или чугунных корпусах. Для посадки подшипников на полые валы также рекомендуются более тугие чем для сплошных валов.

Осевая фиксация подшипников.

Для осевой фиксации колец подшипника не достаточно одной посадки с натягом, поэтому необходимо дополнительное закрепление колец в осевом направлении. На фиксирующих опорах у подшипников оба кольца должны закрепляться в осевом направлении с двух сторон. Фиксированный подшипник воспринимает радиальную нагрузку и одновременно осевую нагрузку в двух направлениях , поэтому он должен иметь осевую опору и на валу и на корпусе. При этом нужно иметь в виду, особенно для радиальных подшипников, что бы при установки не было осевого смещения между внутренним и наружным кольцом.

На плавающих опорах неразборные подшипники в осевом направлении фиксируют только, то кольцо ( как правило внутреннее ) которое устанавливается с натягом, другое кольцо должно иметь беспрепятственное осевое смещение по корпусу. Плавающий подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и должен допускать возможность относительного осевого перемещения вала и корпуса. Осевое перемещение осуществляется либо в самом подшипнике, как пример у цилиндрических роликоподшипников, либо в посадке с зазором не вращающегося кольца подшипника и сопряженной детали. Радиальные цилиндрические роликоподшипники исполнений N и NU по ISO могут устанавливаться в посадку с натягом обоих колец , поскольку осевое смещение обеспечивает конструкция подшипника.

Нюансы установки : для получения необходимого рабочего зазора при установке подшипника на вал с натягом необходимо измерять не только размеры вала, но и устанавливаемый подшипник по внутреннему кольцу, так как подшипник тоже имеет допуск посадочных размеров и их нужно учитывать в каждом отдельном случае, для расчета рабочего радиального зазора.

Монтаж подшипников.

Для монтажа и демонтажа подшипников персонал должен иметь соответствующий инструмент что бы не повредить подшипник и сопрягаемые детали электродвигателей.

При механическом монтаже ( без нагрева ) который можно использовать для подшипников небольших размеров, необходимо не допустить повреждение подшипника и смещение внутренних и наружных колец.

По возможности лучше устанавливать подшипники в нагретом состоянии, используя индукционный нагреватель с возможностью размагничивания, чтобы не собрать на подшипник металлическую и др. пыль с рабочего места.

Необходимо помнить, что подшипники закрытого типа 2Z, 2RS со смазкой внутри, нагревать нужно нагревать не выше 80 градусов С, этого достаточно для посадки на вал. Нагрев крупногабаритных подшипников без защитных шайб до 110 градусов С. Ни в коем случае нельзя нагревать подшипники выше 125 градусов С, поскольку это может вызвать изменение структуры металла, а так же оказать влиянии на твердость деталей подшипников. Поверхность вала перед посадкой подшипников необходимо покрыть термостойким ( не окисляющимся ) маслом.

Обкатка и диагностика электродвигателя после ремонта без нагрузки.

После ремонта электродвигатель устанавливается на стенд и происходит диагностика работы без подключения нагрузки. Все измерения уровня вибрации на стенде должны производиться в соответствии ГОСТ 1 ЕС 60034-14-2014 « Машины электрические вращающиеся часть 14. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотами вала 56мм и более. Измерение , оценка и пределы жесткости вибрации».

Измерение осуществляется по трем параметрам: виброскорость, виброускорение, вибросмещение.

Прошедшие испытание электродвигатели отправляют на работу.

Монтаж и выверка электродвигателей на производстве.

Выверка приводов и приводных механизмов очень важна в бесперебойной работе машин и предотвращения преждевременного выхода из строя. Перекос валов часто приводит к проблемам в эксплуатации машин и электродвигателей, основными видами перекоса являются линейное и угловое смещение валов. При несоосных валах возникает момент сил, реакция которых приводит к повышенным нагрузкам на подшипниковые опоры, как приводного, так и ведущего валов. При увеличении несоостности на 20 % расчетная долговечность подшипников снижается на 50 %. Кроме того быстро изнашиваются уплотнения, что приводит к утечке масла и быстрому выходу подшипника из строя. Процесс выверки валов начинается с проверки качества фундамента и станины поскольку от них зависит крепление и работа всех механизмов. Выверку валов рекомендуется начинать при разности температур между корпусом машины и фундаментом не более 15 %.

Выверку рекомендуем производить при помощи лазерных центровщиков компании SKF, регулировать можно пластинами( Калиброванные пластины SKF серии TMAS) или использовать опоры VIBRACON производства SKF.

Мониторинг работы подшипника во время эксплуатации.

Раннее обнаружение признаков повреждения позволяет произвести замену подшипника во время регулярного техобслуживания и не допускать дорогостоящих простоя и ремонтов.

Для достижения оптимального ресурса подшипника следует учитывать различные важные параметры состояния машины, в том числе шум, температура и вибрация. Для определения шума следует использовать ультразвуковые датчики, которые позволяют выделить ультразвуки из фоновых шумов механизмов и выявить их источник.

Необходимо контролировать рабочую температуру, повышение температуры может указывать на повреждение подшипника. Однако следует иметь в виду, что после смазывания и каждой замены масла в подшипнике температура в течении одного – двух дней может повышаться до момента ее стабилизации до рабочего уровня. Можно использовать как контактные, так и бесконтактные инфракрасные термометры.

Мониторинг вибрации. Каждая механическая неисправность характеризуется уникальной частотой вибрации, поэтому нужно определить эту частоту для определения причины.

Неисправности машин генерируют широкий диапазон частот. Низкочастотные вибрации вызываются, например резонансом конструкции, перекосом и ослаблением крепления оборудования. Высокие и очень высокие частоты генерируются механическими повреждениями в подшипнике. Следователь, измеряя и анализируя виброускорение можно прогнозировать развитие повреждения в подшипниках. Для контроля состояния подшипника используется методика SKF «Огибающая виброускорения» или просто «Огибающая». Анализ огибающей позволяет выделить высокочастотный сигнал генерируемый подшипником из общего сигнала вибрации, включающий низкочастотные составляющие, обусловленные дисбалансом, несоостностью, а так же колебаниями на собственных частотах.

Автор: Владимир Георгиевич Иванов