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电机轴的解剖结构和功能(PMSM)

2023-12-06 16:13:56

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    在电机的世界里,有一位隐形英雄,默默地为无数设备和工业系统提供动力: 马达 轴。 尽管电机轴经常被其他更明显的同类产品所掩盖,但它在将电能转化为机械能并推动现代世界向前发展方面发挥着至关重要的作用。 不起眼的电机轴是电机和驱动负载之间的关键环节,负责传递扭矩并使各种机构无缝运行。 在本文中,我们将探讨电机轴的解剖结构、其功能以及在使用时需要考虑的关键因素 选择正确的轴 以获得最佳性能和效率。

    电机轴是大多数旋转机构中的关键元件。 在确定生产电机轴的理想材料时,必须考虑成本和材料缺陷等各种因素。 本质上,电机轴是电机的核心部件。

    电机轴是从电机及其外壳延伸出来的圆柱形结构。 其主要功能是将能量从电机传输到其预期应用。 精密销轴具有速度和扭矩功能,制造商、分销商、供应商和企业有多种选择。

    此外,电机轴作为位于转子叠片中心的轴承部件,有利于通过相应的正向配置传递电力产生的扭矩。

     

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    什么是电机轴?

    大多数旋转设备的主要部件是电机轴。 轴是用于变换旋转和扭矩的机械部分。 轴尺寸显着影响这些设备中的扭矩。 因此,轴的精确建模和原型设计对于所有应用都至关重要。

     

    除了需要安装转子和各种附件之外,电机轴的设计在很大程度上取决于电气设备所选择的冷却方法。 特别是,对于更大的电动机以及相应更长和更大的电动机轴,空心轴可以为轻质结构和冷却系统提供新的设计可能性。

    采用各种机制将扭矩从电力传递到变速器中的动能输出,从而推动设备。 鉴于超过 20,000 rpm 的高转速和巨大的扭矩,电机轴必须承受极高的负载。 这就需要使用同时满足轻量化设计严格要求的重型组件。

    什么是轴接地?

    轴接地可防止能量损坏精密的电机部件。 这些设备通过将电能从低电阻的易损电机部件(例如电机轴承)转移开,提供了更安全的接地路径。

     

    电机轴的构造

    选择正确的材料可以提高可靠性。 在考虑设备及其轴的最佳材料时,成本应是首先考虑的因素。

    用于电机轴的典型材料是低碳钢,但一旦需要高强度,则使用合金钢,例如铬钒钢、镍钢和镍铬钢。

    大多数电机制造商使用热轧 (HRS) 或冷轧 (CRS) SAE 1045 钢。C1045 是一种中碳、中强度钢,有锻造或正火形式。 这种钢具有适当的韧性、强度和耐磨性。 访问此处查看其制造过程。

    它可用于螺栓、车轴、曲轴、锻造连杆、轻型齿轮、扭杆、导杆等。

    其他物质包括硫化SAE 1137、SAE 1117、SAE 1144、冷轧SAE 1018和热轧SAE 1035。任何物质的磨削浆料都可以在特定的数控车床上使用。

    一般来说,与热轧钢相比,硫化钢和冷轧钢的成本可能更高,高达 15%,但它们具有卓越的性能。 进行加工测试以控制任何额外费用至关重要。 由于每个轴单元的性能不同,因此没有既定的物质或加工维护方法。

    当考虑每磅成本时,热轧普碳钢比冷轧硫化钢更经济。 然而,使用热轧材料时会出现一些挑战。 由于在轧制过程中缺乏外径 (OD) 监控,热轧材料通常需要更大的尺寸。

    电机制造商需要评估热轧棒材尺寸的增加和材料成本的降低是否超过冷轧棒材的优势。

    热轧材料通常会出现残余应力、硬点和软点、空隙和其他材料缺陷,这些缺陷可能导致加工困难。 一些高强度钢具有硬化的外层,这使得它们在与轴一起使用时强度较低。

    进行测试有助于在 CRS、HRS、硫化和非硫化材料之间选择最佳材料。

    工业机电维修服务(IER Services)成立于 2011 年,为各类机电仪器提供有效、快速的维修服务,包括直流和交流电机、变频驱动器、泵、动平衡等。 他们还支持轴校准服务。

    他们不仅为客户提供优质的电机轴固定服务,还为其他阀门、泵、电机和液压系统提供特殊电机轴。

    可用于电机轴结构的材料

    -合金钢

    -铝

    -铍铜

    -黄铜

    -青铜

    -碳素钢

    -铜

    -镍

    电机轴制造

    如前所述,大多数电机制造商在冷轧钢 (CRS) 或热轧钢 (HRS) 中使用 SAE 1045。按每磅成本计算,热轧碳钢材料比冷轧材料便宜。 但在轧制过程中需要考虑尺寸等因素。

    电气设备制造商需要估计材料成本较低、尺寸较大的热轧钢筋是否比冷轧钢筋成本更高或更低。

    热轧材料由于其软点、硬点、空隙、残余应力和其他材料缺陷的特性,在加工时存在更多问题。 一些高强度钢的主要缺点是最硬的部分只是外层。 因此,一旦轴被加工下来,系统就会失去强度。

    需要进行机器测试才能在各种材料中选择最佳选择。 (由于HRS使用困难,一些电机制造商使用硫化CRS)。

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    电机轴对中的重要性

    正确的电机轴对中可延长旋转设备的使用寿命。 这只能通过准确设计最有可能无法在可接受的设计限制内运行的组件来实现。

    美国能源部先进制造办公室针对与对准和失准相关的关键因素提供了指导方针和建议。 以下总结了有关电机轴对中时需要考虑的重要提示:

    尽管不对中不会对效率产生重大影响,但确保正确的轴对中可以提高从电机到驱动设备的能量传输的效率和平稳性。 当电机轴和从动装置的中心线不重合时,就会发生不对中。 这可能会导致额外的噪音、振动、轴承、联轴器或轴的过早失效以及轴承和联轴器的温度升高。

    电机轴不对中的类型

    当电机与驱动设备成一定角度安装时,就会发生角度不对中。 如果从动设备和电机轴的中心延长,它们实际上会相互交叉,而不是沿着标准中心线运行或叠加在标准中心线上。 与固定机器轴的歪斜相反,电机轴的“空间”(耦合表面之间的空间差)或歪斜差可能发生在垂直、水平或两个方向上。 角度不对中尤其会导致驱动设备和电机的严重损坏。

    当两个轴的中心线处于平行配置但不在同一直线上时,就会发生平行不对中。 平行不对中有两种形式: 轴可以垂直偏移(位于不同高度)、水平偏移(向左或向右移动)或两者兼而有之。

    当电机轴既平行又角度不对中时,就会发生组合不对中。 这是系统中最常见的错位。

    电机轴不对中的推荐措施

    这里,将提出一些针对电机轴不对中的推荐措施:

    -每年检查所有生产关键设备的轴对中情况。

    - 在投入使用后 3 至 6 个月,检查新安装的仪器是否因地基沉降而出现错位。

    -控制振动和振动增加的趋势,这是不对中的主要迹象。 不对中可能是由于螺栓拧紧不足、基础沉降或输出轴故障造成的。

    - 使用预测性维护方法,包括频谱分析和振动测试,来区分轴不对中、轴承磨损或电致振动。

     

    电机轴特性

    根据用户要求,电机轴可制成空心轴或实心轴。

    - 轻量化设计有管状和内置两种版本。

    -可以进行多种材料组合。

    - 电机轴已准备好安装或作为接近最终轮廓的半成品部件。

    -重量轻(节省资源)和高传输容量

    -可根据客户要求更改花键

    电机轴在 永磁同步电机 在确保高效、可靠的性能方面发挥着至关重要的作用。 其设计,包括对安装、附件、冷却和承载能力的考虑,对于优化电机的功能至关重要。 通过了解正确轴对中的重要性并解决任何不对中问题,电机制造商可以减轻噪音增加、振动和组件过早失效等问题。 最终,精心设计和正确对齐的电机轴有助于提高永磁同步电机的整体效率和使用寿命,为依赖电力推进系统的各个行业的进步铺平道路。

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