کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور
مقدمه
به طور کلی کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور، پشتیبانی از روتور، کوچک نگه داشتن شکاف هوا و انتقال بارها از شفت به الکتروموتور است. مهمترین کاربرد بلبرینگ ها این است که، در سرعت های پایین و بالا کارکرده و همینطور تلفات ناشی از اصطکاک را به حداقل برسانند. با انتخاب بلبرینگ بهینه و مناسب در هنگام ساخت الکتروموتور هزینه تعمیر و نگهداری تجهیزات را می توان به حداقل رساند. و اما بلبرینگ چیست؟
بلبرینگ (Ball Bearing) به معنای بیرینگ توپی است، که در واقع نوعی از یاتاقان غلتشی است و از توپک یا ساچمه های گرد و توپر به همراه قفسه نگهدارنده ساچمه یا طوقه ساخته می شود. بلبرینگ ها برای تحمل میزان بالایی از بارهای محوری و شعاعی ساخته شده و در ماشین آلات صنعتی، در هر ناحیه که قرار باشد دو قسمت اصلی را به یکدیگر متصل شوند، استفاده می شوند.
ساختمان بلبرینگ از دو قسمت ثابت و متحرک تشکیل شده است که قسمت ثابت به استاتور و قسمت متحرک به روتور متصل می شود. ساچمه ها هم شکاف میان دو قسمت را پر کرده و اصطکاک را به حداقل می رسانند. از انواع بلبرینگ ها می توان به بوش و کاسه نمد، رولبرینگ و یاتاقان اشاره کرد.
11 نکته مهم در طراحی بلبرینگ
با توجه به اهمیت کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور، توجه به نکات مهم در طراحی بلبرینگ های الکتروموتور بسیار در ساخت و تولید یک موتور الکتریکی اهمیت دارد. این نکات مهم عبارتند از:
1-سرعت
با توجه به کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور، در نظر گرفتن سرعت چرخش برای شفت الکتروموتور مهم است، چون تأثیر مستقیمی بر انتخاب روان‌کننده، اندازه بلبرینگ، طراحی قفس، فاصله داخلی و سپر یک بلبرینگ خواهد داشت.
2-دمای محیط و عملیات
دمای محیط و دمای عملیاتی الکتروموتور دو عامل ایجاد حرارت هستند. اما باید توجه داشت که بلبرینگ‌ها خود تولید گرما می کنند، اما بیشتر گرمای عملیاتی ناشی از چرخش روتور موجب تولید این حرارت است. برای خنک کردن بلبرینگ می‌توان از هوا، روغن یا آب استفاده کرد. اما زمانی که امکان انتقال مقادیر بالایی از گرما، از حلقه داخلی به حلقه بیرونی وجود دارد، برای محافظت از بلبرینگ، باید توجه ویژه‌ای به طراحی فاصله داخلی شود.
3-کوپل شدن با چرخ دنده یا تسمه
نوع اتصال موتور باعث ایجاد بار بر روی بلبرینگ‌های الکتروموتور می‌شود. یک محرک کوپلینگ می‌تواند نیروها را در جهات مختلف تولید کند، بنابراین هم‌ترازی اجزا اهمیت بسیاری دارند. در بسیاری از موارد از یک رولبرینگ در انتهای محرک استفاده شده و کاربرد بلبرینگ در انتهای دیگر محرک است.
4-بار (Load)
مهار بارهای سنگین معمولاً توسط رولبرینگ‌ها (بلبرینگ‌های غلتکی) انجام می‌شود و بارهای سبک‌تر، توسط بلبرینگ‌ها صورت می گیرد. نیرو‌های محرک تنها زمانی که از تسمه یا چرخ‌دنده استفاده می‌شود مطرح هستند. هنگامی‌که از تسمه یا چرخ‌دنده استفاده می‌شود، نیرو‌های شعاعی و محوری ایجادشده و نیاز به وجود بلبرینگ پیدا می شود.
همینطور برآیند بزرگی و جهت بارهای ایجاد شده، در انتخاب نوع بلبرینگ تأثیر مستقیم دارد. از جمله نیروها و بارهایی که یک بلبرینگ را تحت تاثیر قرار می دهد عبارتند از:
- وزن‌ها و نیرو‌های درگیر
- برق منتقل‌شده
- کشش مغناطیسی در نتیجه شکاف‌های هوای نامتقارن
- نیرو‌های دینامیکی ناشی از تنظیم نادرست
- موقعیت‌های خارج از تعادل
- خطا‌های پیچ در چرخ‌دنده‌ها
- بارهای رانشی ناشی از فشار موتور
5-آرایش پایه عمودی
به طور مثال آرایش عمودی بلبرینگ ها در الکتروموتورهای عمودی باید مورد توجه قرار بگیرد.
6-محیط نصب الکتروموتور
رطوبت بالا، آلودگی‌های درشت و جامد مانند گرد و غبار، گل‌ولای، تراشه‌های چوب، تکه‌های فلزی و سایر مواد جامد، نوع خاصی از بلبرینگ‌ها را می‌طلبد که در برابر نفوذ آب و مواد جامد، عایق‌بندی شده باشند.
7-لرزش
معمولاً الکتروموتورها هنگام کار ممکن است دارای لرزش باشند، بنابراین در شرایط ارتعاش بالا، رولبرینگ های استوانه‌ای بیشترین مقاومت را دارند، اگرچه باید در انتخاب قفس الکتروموتور نیز دقت کرد.
8-سر و صدای کم
در برخی موارد به کاربرد بلبرینگ کم‌صدا نیاز است که در این صورت بلبرینگ‌های شیار عمیق همراه با گریس کم‌نویز، بهترین گزینه خواهند بود.
9-عمر بلبرینگ
عمر یک بلبرینگ توسط تعداد دور یا تعداد ساعات کارکرد در یک سرعت ثابت مشخص می‌شود. طول عمر یک بلبرینگ تا حد زیادی به شرایط عملیاتی بستگی دارد، همینطور روش‌های نصب و نگهداری هم به همان اندازه مهم هستند.
10-روانکاری
همانطور که می دانیم روانکاری الکتروموتور بسیار مهم است. استفاده از گریس یا روغن، تعمیر و نگهداری را ساده‌تر کرده و عمر بلبرینگ را طولانی می‌کند. در محیط‌هایی که سرعت و دما بالا است، روانکاری باید با روغن مخصوص انجام شود.
11-نگهداری و مراقبت از دستگاه
بعد از خرید الکتروموتور باید به تعمیر و نگهداری الکتروموتور نیز توجه داشت که معمولاً شامل موارد زیر است:
- سرویس سیم‌پیچ استاتور
- روغن‌کاری بلبرینگ‌ها
- نظارت بر صداها، ارتعاشات و به‌طورکلی عملکرد الکتروموتور
اهمیت وجود بلبرینگ در الکتروموتور
بلبرینگ ها وظایف مهمی را در کارکرد صحیح یک الکتروموتور برعهده دارند که برای افزایش طول عمر آنها باید کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور را شناخت و خرید الکتروموتور را هم بر اساس نوع و کیفیت بلبرینگ و قطعات دیگر انجام داد. از مهمترین این وظایف می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پشتیبانی از روتور: بلبرینگ‌ها وظیفه حمایت و پشتیبانی از روتور را بر عهده دارند. آنها به روتور اجازه می‌دهند که به صورت متعادل و بدون هیچ اصطکاک زیادی چرخش کند. این امر باعث حفظ دقت و استحکام ساختار مکانیکی موتور می‌شود.
- انتقال بار از شفت به پوسته الکتروموتور: بلبرینگ‌ها علاوه بر پشتیبانی از روتور، بارهای وارده از شافت موتور به قاب موتور را نیز تحمل می‌کنند. این وظیفه مهم باعث انتقال قدرت به ساختار موتور و پایدار نگه‌داشتن آن می‌شود.
- حفظ پایداری شکاف هوا: بلبرینگ‌ها در حفظ شکاف هوای میان قطعات مکانیکی موتور نقش دارند. این شکاف‌ها می‌توانند بخوبی تنظیم شود و باعث حفظ دقت در عملکرد موتور شوند.
- صرفه‌جویی در قدرت موتور الکتریکی: با وجود بلبرینگ‌ها، اصطکاک و سایش بین قطعات متحرک موتور به حداقل می‌رسد. این موضوع باعث کاهش انرژی از دست رفته و افزایش بازدهی موتور می‌شود.
- به حداقل رساندن اصطکاک: بلبرینگ‌ها با کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک موتور به حفظ عمر مفید آن کمک می‌کنند. این اصطکاک کمتر باعث کاهش سایش و سایش زودرس بلبرینگ‌ها می‌شود.
- فراهم کردن امکان انجام عملیات با سرعت بالا و سرعت پایین: بلبرینگ‌ها امکان انجام عملیات موتور با سرعت بالا و پایین را فراهم می‌کنند. این ویژگی اهمیت دارد، زیرا موتورها باید در شرایط مختلف کارکرد قرار گیرند و بلبرینگ‌ها این امکان را فراهم می‌کنند.
انواع بلبرینگ الکتروموتور
با بررسی کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور، متوجه شدیم این قطعه، عضو ضروری انواع موتورهای الکتریکی است. بلبرینگ به شفت‌ها و محور‌ها اجازه می‌دهد که با سرعت‌های بسیار بالا و با حداقل آسیب بچرخند. یاتاقان‌های الکتروموتور باید توانایی تحمل بار بالا، طول عمر طولانی و سر و صدای کم را داشته باشند. در کل نیمه بیشتر خرابی های الکتروموتور، خرابی‌های مربوط به بلبرینگ‌ها است. پس آشنایی بیشتر در مورد انواع بلبرینگ الکتروموتور و انتخاب صحیح آن، باعث آمادگی بیشتر برای مواجه شدن با خرابی بلبرینگ‌ها و آسیب های احتمالی و درنتیجه در نظر گرفتن تدابیر لازم برای افزایش طول عمر آنها می شود.
بلبرینگ پایه (Basic Ball Bearings)
بلبرینگ پایه برای کاربردهای جفت مستقیم استفاده می‌شود. این بلبرینگ‌ها معمولاً در کاربردهای بدون تسمه در موتورهای الکتریکی زیر ۱۵۰ اسب بخار دیده می‌شوند. بلبرینگ‌های پایه می‌توانند بارهای شعاعی و محوری را تحمل کنند.
رولبرینگ استاندارد (Standard Roller Bearings)
یکی دیگر از انواع بلبرینگ الکتروموتور، نوع رولبرینگ استاندارد است. این رولبربنگ‌ها به‌طور خاص برای بارهای شعاعی طراحی شده‌اند و نمی‌توانند بارهای محوری را تحمل کنند. این رولبرینگ‌ها برای کاربردهای تسمه‌ای در موتور‌هایی با حداقل ۱۵۰ اسب بخار استفاده می‌شود.
بلبرینگ تماس زاویه‌ای (Angular Contact Ball Bearings)
بلبرینگ‌های تماس زاویه‌ای برای تحمل بارهای محوری بالا طراحی شده‌اند و با سرعت‌های بالا در موتورهای الکتریکی به‌خوبی سازگار می‌شوند. آنها را می‌توان در ردیف‌های تک یا دوتایی پیکربندی کرد.
بلبرینگ استوانه‌ای (Cylindrical Roller Bearings)
بلبرینگ استوانه ای، هنگام حمل بارهای محوری بسیار بالا به کار می روند. آنها در هر دو سرعت متوسط و بالا کارآمد هستند و از چندین پیکربندی طراحی مختلف استفاده می‌کنند. بلبرینگ‌های استوانه‌ای بیشتر اوقات برای موتورهای الکتریکی با تسمه یا چرخ‌دنده استفاده می‌شوند.
بلبرینگ شیار عمیق (Deep Groove Ball Bearings)
این نوع بلبرینگ ها، از متنوع‌ترین طرح‌ها برای موتورهای الکتریکی هستند. این بلبرینگ‌ها با طراحی ساده و طیف وسیعی از کاربرد‌ها، برای عملیات با سرعت بالا با بارهای محوری و شعاعی متوسط مناسب هستند. همچنین آنها را می‌توان با کمک شیلد یا مهروموم روغن‌کاری کرد و در محیط‌های مملو از آلاینده‌ها، بسیار مؤثر هستند.
بلبرینگ مهروموم شده (Sealed Bearings)
این نوع بلبرینگ معمولاً برای الکتروموتورهای کوچک‌تر طراحی می‌شوند که در فضاهای غیرآلوده کار می‌کنند. آنها را نمی‌توان پس از نصب مجدد با گریس جدید، روغن‌کاری کرد. بنابراین طول عمر آنها محدود است و نیاز به مراقبت دوره‌ای دارند.
بلبرینگ محافظ (Shielded Bearings)
نوع محافظ یکی دیگر از انواع بلبرینگ الکتروموتور است که برای محدود کردن نفوذ آلودگی به عناصر داخلی بلبرینگ طراحی شده است. آنها را می‌توان مجدد با گریس روانکاری کرد، اما اگر فشار داخلی کاهش نیابد، می‌تواند منجر به فشار روی قفس یا عناصر غلتشی شود و مشکلات بزرگی ایجاد کند.
بلبرینگ باز (Open Bearing)
این نوع بلبرینگ الکتروموتور کاربردهای زیادی در صنایع و موتورهای الکتریکی مختلف دارد. آنها نه محافظ و شیلد دارند و نه مهروموم شده‌اند. این طراحی به آنها اجازه می‌دهد در دماهای پایین‌تری کار کنند، اصطکاک کمتری ایجاد کنند و دوباره روغن‌کاری شوند. با این حال، سیستم باز باید طوری طراحی شود که از بلبرینگ و عناصر درونی در برابر آلودگی محافظت کند و گریس را در جایی که لازم است، نگه دارد.
بلبرینگ اسلیو (Sleeve Bearings)
طراحی این نوع بلبرینگ، بسیار ساده‌تر از انواع ضد اصطکاک است و برای انجام وظیفه خود، کیفیت روغن‌کاری آنها بسیار اهمیت دارند. انواع اسلیو که گاهی اوقات به عنوان بلبرینگ‌های ژورنال یا بابیت شناخته می‌شوند، اغلب فقط از یک اسلیو روغن‌کاری شده تشکیل می‌شوند که در آن یک شفت در حال چرخش است.
بلبرینگ موتور عمودی (Vertical Motor Bearings)
این نوع بلبرینگ ها به‌طور خاص، برای موتورهای الکتریکی عمودی طراحی و تولید شده‌اند. این بلبرینگ‌ها در انواع مختلف بلبرینگ‌های رانشی، بلبرینگ‌های ضد اصطکاک (مانند بلبرینگ‌های استوانه‌ای) و بلبرینگ‌های لنت کج وجود دارند.
دلایل خرابی بلبرینگ الکتروموتور
ساچمه ها و قفسه های نگهدارنده یا طوقه های یک بلبرینگ بسیار آسیب پذیر هستند. فشار بیش از حد ساچمه ها را خرد کرده که بر عملکرد طوقه ها تاثیری منفی دارد و می تواند گردش روان طوقه ها بر روی هم را مختل می کند و یا طوقه ها در گردش سر و صدا ایجاد کنند.
بنابراین اگر بین ساچمه ها و طوقه ها روغن نباشد، سر و صدا در طوقه ها ایجاد می شود که باید روغن کاری شوند تا مشکل برطرف شود. همچنین دلایل دیگر خرابی بلبرینگ شامل مواردی است که در زیر نام برده ایم:
- نصب نادرست بلبرینگ
- تعمیر و نگهداری نادرست بلبرینگ
- آب بندی غیر اصولی
- گشتاور و سرعت بیش از حد
- زنگ زدگی و خوردگی بلبرینگ
- بوجود آمدن سایش در بلبرینگ
- ترک و لب پریدگی روی بلبرینگ
- گیرپاژ
- دندانه ایی شدن بلبرینگ
- ایجاد حفره الکتریکی
سخن پایانی
همانطور که در این مطلب گفتیم، بلبرینگ الکتروموتور باید طوری طراحی شود که برای کاربری‌ها و مصارف گوناگون پاسخگو بوده، طول عمر بالایی داشته و همچنین هزینه تعمیر و نگهداری پایینی داشته باشد. هنگام انتخاب یک الکتروموتور، یکی از عواملی که همیشه باید در نظر داشت، این است که چه نوع بلبرینگی برای موتور الکتریکی مورد نظر ما بر اساس عملکرد مناسب است.
در اصل کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور، در جلوگیری از اصطکاک زیاد و سایش بین قطعات متحرک موتور الکتریکی است. بنابراین بنابراین این قطعات اهمیت بسیار زیادی در عملکرد الکتروموتور دارند و به افزایش عمر مفید و بازدهی آنها کمک می‌کنند. پس با انتخاب صحیح و همینطور مراقبت و نگهداری مناسب، می توان راندمان کاری و عمر دستگاه را تضمین کرد، و همینطور از ایجاد هزینه های ناشی از خرابی و تعویض یا تعمیر دستگاه جلوگیری کرد.