مجله شیبا صنعت

جستجو برای : خانه >> مجله شیبا صنعت >> نقد و بررسی >> شکستن شفت الکتروموتور و عوامل آن

شکستن شفت الکتروموتور و عوامل آن

شکستن شفت الکتروموتور

علت شکستن شفت الکتروموتور

شکستن شفت الکتروموتور و علل آن، برای کسانی که با ماشین آلات صنعتی سروکار دارند همیشه چالش برانگیز است و اینکه چگونه باید جلوی این آسیب را گرفت. اما شفت الکتروموتور چیست و چه کارایی دارد؟ همانطور که در مطالب قبلی توضیح دادیم شفت الکتروموتور یکی از اجزای بسیار مهم در الکتروموتور است که با اتصال محور روتور به قطعات دیگر، انرژی الکتریکی تولید شده در موتور را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.

در واقع شفت الکتروموتور یک میله استوانه‌ای شکل فلزی با مقطع دایره ای است که دور محور طولی خود می‌چرخد و از آن برای انتقال چرخش و گشتاور در ماشین‌آلات چرخشی استفاده می‌شود. شفت موتور الکتریکی با اتصال قطعات چرخان ماشین مانند روتور، چرخ‌دنده، پروانه و غیره، باعث انتقال حرکت دورانی و گشتاور از یک نقطه به نقطه دیگر می‌شود.

اما ممکن است شفت الکتروموتور در هنگام کار بشکند یا اصطلاحاً شفت الکتروموتور بریده شود. شکستگی شفت الکتروموتور می تواند دلایل زیادی داشته باشد از مهمترین این موارد می‌توانیم به نقص مواد اولیه استفاده شده، نقص در فرآیند تولید و یا اعمال تنش های نامناسب به شفت اشاره کرد.

چرا شفت الکتروموتور می شکند؟

در ادامه به پارامترهایی که ممکن است علت شکستن شفت الکتروموتور باشد، اشاره می کنیم:

نقص مونتاژ و اشتباهات مربوط به آن

اگر الکتروموتور به درستی نصب و مونتاژ نشده باشد، موتور الکتریکی بارهای متفاوت و بیشتری را تجربه خواهد کرد که این امر باعث خستگی فلز می شود. وقتی که بار شعاعی وارد شده بر روی شفت موتور بیش از حد باشد، باعث تغییر شکل خمشی محور شفت موتور می شود. زمانی که موتور می چرخد شفت با پیچش در تمامی جهات تغییر شکل داده و در نهایت می‌شکند.

همینطور زمانی که فولی به شفت خروجی متصل می‌شود به دلیل سنگین بودن فولی یا نصب محکم تسمه ها، شفت خروجی موتورها تحت فشار متغیر در حین کار قرار می‌گیرد. گشتاور خمشی بیش از حد در نزدیکی تکیه گاه یاتاقان شفت خروجی تولید می‌شود که با ضربه های متناوب و پشت سر هم باعث خستگی و ترک خوردن تدریجی شفت و در نهایت شکستگی کامل شافت می شود.

لرزش بیش از حد در هنگام کار

اگر موتور الکتریکی محکم و مناسب در جای خود ثابت نشده باشد، مثلاً روی سطح حرکت کند یا ناپایدار باشد و لرزش بیش از حد وجود داشته باشد،  این امر باعث می شود تا نیروی کششی ناپایدار و نامناسبی بر روی شفت موتور وارد شود و باعث آسیب بر شفت پس از مدتی شود، که حتی می تواند علت شکستن شفت الکتروموتور باشد.

عدم رعایت استاندارد لازم شیار شفت (جای خار)

در بررسی علت شکستن شفت الکتروموتور، بیشتر مشکلات در محل شیار شفت رخ می دهد. در واقع اگر زاویه محور استاندارد نشده است، منجر به تمرکز تنش در این محل می‌شود و هنگامی که الکتروموتور کار می کند قطر محور و تنش متناوب شعاعی باعث شکستگی می شود.

وجود ترک در محل جوشکاری محور صفحه

این مورد معمولاً برای موتورهای پر قدرت اتفاق می افتد که فرایند جوشکاری ورق، باعث تنش و لرزش های نامناسب می شود.در فرآیند ساخت باید اقدامات لازم برای کاهش یا از بین بردن تنش ها انجام شود. این مساله از بزرگترین خطر های پنهان شکستگی و بریدن شفت الکتروموتور است.

رعایت الزامات اساسی و اولیه برای اتصال الکتروموتور

الکتروموتور ممکن است با کوپلینگ، چرخ دنده، فولی و تسمه به حرکت در بیاید. اما برای همه موتورها به ویژه موتورهای با توان بالا و پر قدرت استفاده از تسمه مناسب نیست و ممکن است یاتاقان آسیب ببیند و یا شفت شکسته شود.

هنگامی که از سیستم فولی و تسمه استفاده می شود خط مرکزی محور موتور باید موازی با محور بار باشد و خط مرکزی شفت الکتروموتور و خط مرکزی شفت بار باید منطبق باشند و اگر این مورد اعمال نشود، نصب نامناسب موجب ایجاد لرزش و آسیب به الکتروموتور و تجهیزات دیگر شود.

پروانه یا روتور نامتعادل

اگر پروانه یا روتور نامتعادل باشد، زمانی که موتور الکتریکی در حال کار است، شفت نامتعادل می شود. در واقع تعداد چرخه های خمش در یک بازه زمانی مشخص کاهش می یابد، اما دامنه جابجایی به دلیل عدم تعادل در سرعت بالاتر ایجاد شده و باعث آسیب به شفت می شود.

سرعت متغیر

گردش و سرعت به طور معکوس متناسب هستند یعنی با کاهش سرعت موتور الکتریکی، حرکت شفت افزایش می یابد و اگر این سرعت متغیر باشد، باعث نوسان سرعت چرخش شفت شده و در نهایت به شفت الکتروموتور آسیب می زند.

آسیب در اثر خستگی

خرابی ناشی از خستگی در تنش‌های چرخه‌ای مکرر رخ می‌دهد، که می‌تواند کمتر از استحکام جنس شفت باشد. خستگی، با ایجاد ترک شروع می‌شود و با پیشرفت ترک‌های خستگی سطح مقطع شفت کم شده تا جایی که شفت دیگر تحمل بار‌های اعمالی را نداشته باشد.

در سطح مقطع شکست ناشی از خستگی علائمی دیده می‌شود که به عنوان علائم ساحلی شناخته می‌شود، زیرا شبیه علائمی هستند که امواج در ساحل از خود به جای می‌گذارند. یکی از محل‌های شروع ترک خستگی در شفت محل جای خار است، ایجاد جای خار برای اطمینان از استقرار بدون لغزش پولی، چرخ دنده و غیره الزامی است.

آنالیز خرابی‌های شفت در اثر تنش های مختلف

همانطور که توضیح دادیم، اکثر خرابی‌های شفت به دلیل ترکیبی از تنش‌های مختلف است که بر مجموعه روتور اعمال می‌شود. اگر این تنش‌ها با طراحی و نصب صحیح و رعایت استانداردهای لازم حفظ شوند، خرابی شفت نباید رخ دهد. این تنش‌ها را می‌توان به گروه‌های زیر تقسیم کرد:

  • دینامیک/مکانیکی (Dynamic/Mechanical): اضافه بار‌ها از جمله بار‌های در اثر شوک ناگهانی، بار‌های در اثر خستگی، بار اضافه و خمش، بار پیچشی و بار محوری
  • محیطی (Environmental): خوردگی، رطوبت، فرسایش، سایش
  • حرارتی (Thermal): دمای زیاد و خم شدن روتور در اثر حرارت
  • باقیمانده (Residual): فرآیند‌های تولید و فرآیند‌های تعمیر
  • الکترومغناطیسی (Electromagnetic): بارگذاری جانبی و بسته شدن مجدد خارج از فاز

بررسی تنش‌های اعمال شده بر شفت‌

تنش‌های اعمال شده بر شفت‌ به سه گروه زیر تقسیم می‌شوند:

  1. تنش‌های برشی ناشی از انتقال گشتاور (یعنی در اثر بار پیچشی)
  2. تنش‌های خمشی (کششی یا فشاری) ناشی از نیرو‌های وارد بر اجزاء ماشین مانند: چرخ دنده، پولی و غیره و همچنین به دلیل وزن خود شفت
  3. تنش‌های ناشی از بار‌های پیچشی و خمشی ترکیبی

بررسی تنش های اعمال شده به شفت الکتروموتور

1- تنش‌های دینامیکی و مکانیکی

تنش‌های دینامیکی و مکانیکی، در اثر حرکت شفت به آن وارد می‌شوند و شامل موارد زیر هستند:

  • اضافه بار‌ها، از جمله بار‌های شوک ناگهانی
  • بار‌های چرخه‌ای یا خستگی
  • بار‌های چرخشی خمشی
  • بار‌های پیچشی
  • بار‌های محوری

اضافه بار: هر شفت برای تحمل مقدار معینی از تنش طراحی شده است و‌ اگر تنش از حد مجاز تجاوز کند سبب تخریب آن خواهد شد. شکست در اثر اضافه بار هم می‌تواند شکل‌پذیر یا ترد باشد. ظاهر یک شکست، چه شکل‌پذیر یا ترد، به عوامل مختلفی از جمله جنس شفت، نوع و بزرگی بار، و دمای شفت در هنگام خرابی بستگی دارد.

بار‌های چرخه‌ای یا خستگی: هر چرخه بارگذاری نیرو سبب اعمال بار‌های چرخه‌ایی و یا خستگی شفت می‌شود.

بار‌های چرخشی خمشی: بار‌های چرخشی خمشی مانند تنشی که یک پولی بزرگ بر روی شفت اعمال می‌کند و سبب اعمال خمش و چرخش هم زمان می‌شود.

بار‌های پیچشی: در اثر چرخش شفت به آن وارد می‌شود.

بار‌های محوری: بار‌های محوری بیشتر بر روی بیرینگ‌های شافت (بلبرینگ و رولبرینگ) اعمال می‌شوند و سبب ایجاد تخریب رینگ داخلی آن می‌شوند.

2- تنش‌های محیطی

تنش‌های محیطی، مجموعه عواملی هستند که باعث خوردگی، سایش شفت می‌شوند و شامل موارد زیر هستند:

  • رطوبت
  • فرسایش
  • خوردگی
  • کاویتاسیون

خرابی در اثر رطوبت: نصب موتور در محیط هایی که رطوبت دارند، باعث آسیب به تجهیزات موتور الکتریکی و از جمله شفت الکتروموتور می شود.

خرابی در اثر فرسایش: پدیده‌ی فرتینگ (Shaft Fretting) می‌تواند آسیب جدی به شفت وارد کند, علت این پدیده حرکت بین دو قسمت مونتاژ شده و وجود اکسیژن در هوا است که باعث فرسایش قطعات می شود. زمانی که قسمت مونتاژ شده به شفت مانند بلبرینگ‌ها، کوپلینگ‌ها و غیره دارای کمی لغزش باشند قسمتی از فلز سائیده می‌شود و در مجاورت در هوا اکسید می‌شوند. این ذرات اکسید به عنوان یک ساینده عمل می‌کنند و به سرعت سطح شفت را دچار سایش می‌کنند.

خرابی در اثر خوردگی: علت اصلی این مشکل یک واکنش الکتروشیمیایی است که سبب از بین رفتن قسمتی از فلز شفت و در نتیجه باعث ایجاد حفره بر روی آن می‌شود. خوردگی می‌تواند خرابی در اثر خستگی را تسریع ببخشد و هم می‌تواند با از دست رفتن قسمتی از شفت باعث شکست شفت در بارگذاری‌های کمتر شود.

کاویتاسیون: در کاربرد‌های پمپاژ جریان مایع، که مایع متلاطم از روی شفت عبور می‌کند، پدیده‌ای به نام کاویتاسیون (Cavitation) می‌تواند رخ دهد. پدیده کاویتاسیون سبب فرسایش سطح شافت می‌شود.

3-تنش‌های حرارتی

هنگامی که یک موتور در حال کار است، معمولاً تحت تاثیر تنش حرارتی قرار دارد. تنش حرارتی می‌تواند سبب بروز مشکلاتی مانند: اضافه بار، خرابی بلبرینگ و از دست دادن تلرانس‌ها و انطباقات شود.

4-تنش‌های باقیمانده

تنش‌های باقیمانده، در واقع تنش باقیمانده(پسماند) و مستقل از بار خارجی روی شفت است. عدم رعایت اصول طراحی و ساخت و تعمیر می‌تواند تنش پسماند را در شفت ایجاد کند که ممکن است خرابی را تسریع کند. عامل به وجود آوردن این تنش‌ها می توانند مکانیکی یا حرارتی باشند که برخی از آن‌ها شامل ماشین کاری و یا عملیات حرارتی است، اما تمام تنش‌های پسماند برای شفت مضر نیستند. اگر تنش موازی با تنش بار و در جهت مخالف باشد، ممکن است مفید باشد.

5-تنش‌های الکترومغناطیسی

تنش‌های الکترومغناطیسی، باعث بروز دو مشکل می‌شوند:

اعمال بار شعاعی بیش از حد: که ناشی از قرار‌گیری شفت در وضعیت خارج از مرکز روتور به علت نیرو‌های الکترومغناطیس است و می‌تواند در صورت بلند بودن شفت، نیروی زیاد شعاعی و خمشی به شفت وارد کند و خرابی بیرینگ‌های شفت را سرعت ببخشد.

بسته شدن خارج از فاز: اعمال ولتاژ بیشتر از مقدار تعریف شده می‌تواند مقدار زیادی گشتاور روی شفت ایجاد کند و مقدار زیاد گشتاور می‌تواند با اعمال تنش پیچشی بیشتر سبب خرابی شفت شود.

ابزار‌های تجزیه و تحلیل شکستن شفت الکتروموتور

از آنجاییکه بررسی و تجزیه و تحلیل شکستن شفت موتور الکتریکی بسیار مهم هستند، ابزار‌های رایجی برای این کار در دسترس هستند که عبارتند از مواردی که در ادامه نام برده می شود. با این حال تعداد قابل توجهی از شکست‌ها با داشتن دانش اساسی در مورد آنالیز خرابی‌های شفت الکتروموتور و بازرسی بصری توسط متخصصین قابل تشخیص هستند.

  1. چشمی (Visual)
  2. میکروسکوپ نوری (Optical microscope)
  3. میکروسکوپ الکترونی اسکن (Scanning electron microscope)
  4. میکروسکوپ الکترونی تراگذر (Transmission electron microscope)
  5. آنالیز متالورژیکی (Metallurgical analysis)

بررسی جنس شفت الکتروموتور و شکل آن‌ها

برای اکثر کاربرد‌های الکتروموتور، فولاد کربنی نورد گرم مناسبترین انتخاب است. هنگامی که بار‌های بیشتری وجود دارد، فولاد آلیاژی مانند کروم-مولیبدن اغلب استفاده می‌شود. برای کاربرد‌هایی که دارای خوردگی شدید یا محیط تهاجمی مانند صنایع نفت و گاز و پتروشیمی هستند، فولاد‌های زنگ نزن مورد نیاز است. و برای کاربرد عمومی در موتورهای الکتریکی کوچک از فولاد با کشش سرد استفاده می شود.

سخن آخر

از آنجائیکه شفت الکتروموتور یکی از اجزای اصلی الکتروموتور است که نقش اتصال محور روتور به سایر اجزا و انتقال گشتاور و قدرت را برعهده دارد، رعایت نکاتی مانند انتخاب صحیح نوع شفت متناسب با موتور، مواد ساخت و قطر آن، همینطور رعایت پارامترهایی که تنش ها و ارتعاشات را کم می کند، بر اساس شرایط کاری و نیازهای کاربردی بسیار حائز اهمیت است.

بنابراین رعایت دقت در این موارد نقش مهمی در عملکرد و طول عمر شفت دارد و مانع عوامل شکستن شفت الکتروموتور می شود. نگهداری و بازرسی های به موقع و منظم شفت می‌تواند بازده کلی موتور را افزایش داده و عمر مفید آن را بهبود بخشد و همینطور از هزینه های جانبی جلوگیری می کند.

برای هر چه بهتر شدن شیبا صنعت در ارائه خدمات و اطلاعات لطفا دیدگاه و امتیاز خود را وارد کنید.
[آمار کل: 0 میانگین: 0]
نوشته قبلی

شفت الکتروموتور | نصب و تراز کردن شفت | جدول قطر شفت الکتروموتور

نوشته بعدی

یاتاقان | کاربرد یاتاقان در الکتروموتور

سبد خرید
ورود

هنوز حساب کاربری ندارید؟

ایجاد حساب کاربری

تماس تلفنی