Łożyska do silników elektrycznych: przeznaczenie, zastosowanie i rodzaje

W XXI wieku silniki elektryczne stają się coraz bardziej wydajne, ale wymagania wobec nich są odpowiednio surowsze. Każdy, kto przestrzega przepisów, wie, jak ważne jest uwzględnienie jakości i niezawodności wszystkich elementów silnika, zwłaszcza łożysk. Konstrukcja łożyska ma ogromny wpływ na to, jak niezawodnie pracuje silnik, jak szybko się zużywa i czy jego osiągi są wysokie.

Łożysko jest jednym z głównych zespołów każdego silnika elektrycznego, ponieważ to przez nie wał wirnika dociska obudowę i przenosi na nią obciążenia. I tylko dzięki łożyskom istnieje równomierna i poprawna stała szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem, gdy silnik pracuje pod obciążeniem.

Z tego powodu bardzo ważny jest dobór odpowiednich łożysk: muszą one mieć odpowiedni rozmiar, typ i konstrukcję, aby zapewnić najwyższą możliwą wydajność poprzez minimalizację strat tarcia.

Niedoświadczonemu pracownikowi może się wydawać, że jeśli łożysko ulegnie awarii, nie ma poważnego problemu i nie jest konieczna naprawa ani konserwacja, ponieważ awaria nie jest tak krytyczna. Po co więc wydawać pieniądze na naprawy?

W przypadku silników o małej mocy może tak być. Ale dla każdego silnika będzie prawdą, że lepiej jest natychmiast zamontować dobre łożyska najbardziej odpowiedniego typu i, jeśli to możliwe, o wystarczającej jakości, aby wytrzymać wszystkie obciążenia robocze w normalnych warunkach pracy danego silnika.

Nie trzeba wspominać o dużych mocnych silnikach, w których nawet niewielka awaria łożyska może ciągnąć jak śnieżka, szereg problemów i usterek w działaniu podłączonego sprzętu. Może to prowadzić do przerw w produkcji i kosztownych przestojów skomplikowanych i kosztownych maszyn i urządzeń.

Dlatego krytyczne i konieczne w silnikach elektrycznych dużej mocy jest stosowanie niezawodnych, wysokiej jakości łożysk, które są łatwe w montażu i demontażu oraz wysoce pożądane — z monitorowaniem stanu i łatwą konserwacją.

Załóżmy, że w instalacji z napędem ze sprzężeniem bezpośrednim pracuje silnik elektryczny. Konfiguracja przekładni jest wzdłużna, więc promieniowe obciążenie łożyska i poprzez łożysko obudowy silnika nie jest tak duże, ponieważ układ napędowy silnika ma własne podparcie.

Co jednak w sytuacji, gdy zapadnie decyzja o doposażeniu danego silnika w urządzenie z napędem pasowym, w którym na wale silnika zamocowane jest koło pasowe? W takim przypadku obciążenia promieniowe łożysk znacznie wzrosną, aw takich warunkach łożyska, które nie są przeznaczone do takiego obciążenia, mogą łatwo ulec uszkodzeniu.System nie będzie mógł działać normalnie i stabilnie.

W ostatnich latach postęp w dziedzinie rozwoju i produkcji łożysk nie został oszczędzony. Postęp jest szczególnie zauważalny w precyzyjnej obróbce materiałów łożyskowych i technologii wytwarzania łożysk, a także w kierunku smarowania: bieżnie pierścieni, wałeczków i kulek mają dziś lepsze powierzchnie, co prowadzi do zmniejszenia tarcia, a co za tym idzie hałasu i do ograniczenia strat energii.

Najlepsze smary sprawiają, że łożyska są naprawdę trwałe, a silniki bardziej niezawodne i odporne na przedwczesne zużycie. Uderzającym przykładem są silniki trakcyjne najnowszych szybkich pociągów elektrycznych.

Pociągi elektryczne najnowszej generacji z natury stawiają wysokie wymagania dotyczące jakości i niezawodności silników trakcyjnych prądu przemiennego. A najnowsze obozy przodują tutaj.

Ciężkie warunki pracy, znaczne obciążenia udarowe i promieniowe przy najwyższej prędkości obrotowej wału. Pociągi kursują z dużą prędkością, a kursowanie jest rzadkie. Fakt wysokiej jakości nowoczesnych łożysk jest oczywisty.

Łożyska, zwłaszcza w silnikach szybkoobrotowych, są najbardziej narażone na erozję elektryczną. Przyczyną tego destrukcyjnego zjawiska jest to, że przez łożysko przechodzą prądy błądzące. Im większy prąd i im dłuższa ekspozycja, tym większe uszkodzenie łożyska.

Czasami łuki elektryczne powodują erozję, powodując powstawanie małych kraterów na bieżniach i elementach tocznych, co prowadzi do przedwczesnej awarii łożyska.

Ceramiczne elementy toczne w łożyskach oraz powłoka dielektryczna nanoszona metodą natrysku plazmowego pomagają rozwiązać problem erozji. Na warstwę ceramiczną nakładana jest uszczelniająca żywica akrylowa. Jest to ważne w przypadku silników trakcyjnych w pociągach dużych prędkości. Żywica chroni łożysko przed szkodliwym działaniem pary wodnej i alkalicznych detergentów stosowanych do mycia kompozycji.

Odpowiednie dosmarowywanie jest ważnym czynnikiem przedłużającym żywotność każdego łożyska. Smar musi wystarczająco wniknąć w elementy toczne.

Obliczeniowa dynamika płynów (CFD) i analiza elementów skończonych pomagają zoptymalizować rozprowadzanie środka smarnego i utrzymać wytrzymałość łożyska. Oczywiście przyczyni się to do przedłużenia żywotności zespołu tylko wtedy, gdy łożysko zostanie odpowiednio dobrane do warunków obciążenia eksploatacyjnego silnika, w którym jest montowane.

Zwykle, w celu optymalizacji kosztów ekonomicznych konserwacji łożysk, planowana konserwacja wszystkich urządzeń jest dostosowana do harmonogramu konserwacji innych części. W tym celu w miarę możliwości wydłużają okresy smarowania bezpośrednio do łożysk silników elektrycznych, stosując skuteczne uszczelnienia i najlepsze metody ich smarowania.

Zobacz też na stronie: Eksploatacja, konserwacja i rozwiązywanie problemów z łożyskami silników elektrycznych