Vòng bi NSK trong động cơ điện

Khi sự phát triển của động cơ điện hiệu quả hơn tiếp tục theo kịp các quy định sắp tới, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng tất cả các bộ phận được thiết kế theo các thông số kỹ thuật mới nhất, bao gồm cả vòng bi. Tony Synnott, Giám đốc Kỹ thuật NSK Vương quốc Anh, giải thích cách thiết kế vòng bi, bạc đạn NSK ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của động cơ điện.

Vòng bi trong động cơ điện được thiết kế để hỗ trợ rôto và duy trì khe hở không khí nhất quán giữa rôto và stato cũng như chuyển tải từ trục sang khung động cơ. Chọn thiết kế ổ trục chính xác đảm bảo hiệu quả thiết kế của động cơ được duy trì với ma sát tối thiểu và tổn thất điện năng.

Đối với một động cơ điện nhỏ, hỏng vòng bi và bất kỳ hư hỏng nào sau đó có thể vượt quá khả năng sửa chữa kinh tế, do đó, mong muốn lắp đặt vòng bi chất lượng cao được thiết kế để chịu được áp lực của môi trường. Trong các ứng dụng lớn hơn, lỗi ổ trục có thể gây ra thời gian ngừng hoạt động đáng kể, do đó, việc kết hợp thiết kế với ứng dụng là rất quan trọng.

Ví dụ: nếu một động cơ được thiết kế cho ứng dụng ổ đĩa thẳng hàng được gán lại cho ứng dụng hướng tâm, truyền động, vòng bi có thể bị tổn hại và không hoạt động như mong đợi. Trong ứng dụng ban đầu, được chỉ định, động cơ sẽ được trang bị vòng bi rãnh sâu nhưng chúng có thể bị quá tải do tải trọng xuyên tâm tăng từ đai truyền động.

Về mặt thiết kế ổ trục, đã có sự đổi mới đáng kể về công nghệ vật liệu ổ trục cũng như các quy trình sản xuất và kỹ thuật chính xác. Bằng cách cải thiện bề mặt hoàn thiện của các phần tử lăn và mương trong một ổ trục, mức độ ma sát được giảm xuống, làm giảm mức tiêu thụ năng lượng và tiếng ồn. Khi những cải tiến này được kết hợp với những tiến bộ trong bôi trơn, kết quả là tuổi thọ hoạt động được cải thiện hơn nhiều.

Một ví dụ như vậy là các động cơ kéo AC mới nhất đang được sử dụng trong thế hệ tàu cao tốc hiện nay, dự kiến ​​sẽ đi nhanh hơn và di chuyển xa hơn giữa các giai đoạn bảo trì. Vòng bi được sử dụng trong các động cơ này dự kiến ​​sẽ mang lại hiệu suất vượt trội trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt, bao gồm tải trọng xuyên tâm cao, tải trọng va chạm cao và tốc độ cao.

Một trở ngại lớn để đạt được khoảng thời gian bảo trì miễn phí kéo dài là xói mòn điện. Điều này xảy ra khi dòng điện ‘đi lạc’ chạy qua vòng bi động cơ đến trái đất. Kết quả là thiệt hại cho vòng bi, mức độ phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện và thời gian của các điều kiện. Các thiệt hại, được gọi là arcing điện, thường ở dạng các miệng hố nhỏ và các mối hàn siêu nhỏ trên mương mang và bề mặt phần tử lăn, dẫn đến hỏng ổ bi sớm.

Một giải pháp cho các hỏng hóc điện là sử dụng lớp phủ gốm hoặc các phần tử lăn gốm trong thiết kế vòng bi, cung cấp cách điện từ trục. Lớp phủ gốm thường được áp dụng bằng cách sử dụng bình xịt plasma. Lớp phủ gốm được xử lý bằng nhựa acrylic để bịt kín bề mặt và ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm. Lớp phủ này cũng cung cấp bảo vệ bổ sung chống lại kiềm mạnh và nhiệt độ cao được sử dụng để rửa vật liệu lăn.

Tuổi thọ của vòng bi, giả sử nó đã được chỉ định chính xác cho ứng dụng, thường được xác định bởi chế độ bôi trơn và cách thiết kế vòng bi đảm bảo đủ lưu lượng cho tất cả các phần tử lăn. Phân tích phần tử hữu hạn và động lực học chất lỏng tính toán có thể được sử dụng để cải thiện cường độ chịu lực và dòng chảy bôi trơn, cả hai đều cần được chỉ định cẩn thận cho từng ứng dụng.

Chương trình bảo trì cũng đóng một vai trò trong việc mang lại tuổi thọ và cần tính đến môi trường làm việc và thực tiễn của việc tiếp cận với thiết bị. Bằng cách cải thiện các sắp xếp niêm phong và tối ưu hóa kỹ thuật bôi trơn, thời gian bảo trì có thể được kéo dài để trùng với các thành phần khác như vòng bi bánh xe. Điều này cung cấp cho khách hàng tiết kiệm đáng kể chi phí bảo trì và mất năng suất.

Chìa khóa để tối ưu hóa thiết kế vòng bi là hiểu được ứng dụng và môi trường, đồng thời có khả năng sử dụng các vật liệu hàng đầu trong ngành và kiểm soát chất lượng. NSK đã phát triển Z Steel có tuổi thọ cao, độc đáo, giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của vòng bi NSK khi so sánh với thép chịu lực thông thường. Điều này đã được kết hợp với thiết kế lồng cải tiến bôi trơn và thiết kế phớt chặn, cũng như lớp phủ gốm và nhựa. Kết quả cuối cùng là vòng bi chất lượng cao được sản xuất cho động cơ điện trong mọi môi trường và ứng dụng.