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Dans le monde des machines électriques, il existe un héros invisible qui alimente silencieusement d'innombrables appareils et systèmes industriels : le moteur arbre. Bien que souvent éclipsé par ses homologues plus visibles, l’arbre du moteur joue un rôle essentiel dans la conversion de l’énergie électrique en puissance mécanique et fait avancer notre monde moderne. L'arbre moteur, sans prétention, constitue le lien essentiel entre le moteur et la charge entraînée, transmettant le couple et permettant à divers mécanismes de fonctionner de manière transparente. Dans cet article, nous explorerons l'anatomie d'un arbre moteur, sa fonction et les facteurs clés à prendre en compte lors du démarrage. choisir le bon arbre pour des performances et une efficacité optimales.
Un arbre moteur est un élément crucial dans la plupart des mécanismes rotatifs. Lors de la détermination du matériau idéal pour la production d'arbres de moteur, divers facteurs tels que le coût et les défauts du matériau doivent être pris en compte. Essentiellement, l’arbre du moteur constitue le composant principal d’un moteur.
L'arbre du moteur est une structure cylindrique qui s'étend du moteur et de son carter. Sa fonction principale est de transférer l'énergie du moteur vers l'application prévue. Les arbres à broches de précision fonctionnent avec la vitesse et le couple, et de nombreuses options sont disponibles auprès des fabricants, distributeurs, fournisseurs et entreprises.
De plus, l'arbre du moteur agit comme un composant de roulement situé au centre de l'empilement du rotor, ce qui facilite la transmission du couple généré électriquement grâce à la configuration positive correspondante.
Qu'est-ce qu'un arbre moteur ?
Le composant principal de la plupart des appareils rotatifs est l’arbre du moteur. Un arbre est une section mécanique permettant de transformer la rotation et le couple. La taille de l'arbre influence considérablement le couple dans ces appareils. Par conséquent, la modélisation et le prototypage précis des arbres sont essentiels pour toutes les applications.
Outre la nécessité de monter le rotor et divers accessoires, la conception de l'arbre du moteur dépend fortement de l'approche de refroidissement choisie pour l'appareil électrique. En particulier, avec des moteurs électriques plus gros et des arbres moteur respectivement plus longs et plus gros, un arbre creux peut offrir de nouvelles possibilités de conception pour la construction légère et le système de refroidissement.
Divers mécanismes sont utilisés pour transférer le couple de l'électricité à la sortie cinétique dans la transmission, propulsant ainsi le dispositif. Compte tenu de la vitesse de rotation élevée, supérieure à 20,000 XNUMX tr/min, et des couples importants impliqués, les arbres moteurs doivent supporter des charges extrêmement élevées. Cela nécessite l'utilisation de composants robustes qui répondent également à des exigences strictes en matière de conception légère.
Qu’est-ce que la mise à la terre d’un arbre ?
La mise à la terre de l'arbre empêche l'énergie d'endommager les composants délicats du moteur. Ces dispositifs offrent un chemin plus sûr vers la terre en détournant l'énergie électrique des composants vulnérables du moteur à faible résistance, tels que les roulements du moteur.
Construction d'arbres moteurs
Choisir le bon matériau peut améliorer la fiabilité. Lorsque l’on considère le meilleur matériau pour l’équipement et son arbre, le coût doit être la première considération.
Les matériaux typiques utilisés pour les arbres de moteur sont l'acier doux, mais lorsqu'une résistance élevée est requise, des aciers alliés tels que les aciers au chrome vanadium, au nickel et au nickel-chrome sont utilisés.
La plupart des fabricants de moteurs utilisent de l'acier SAE 1045 laminé à chaud (HRS) ou laminé à froid (CRS). Le C1045 est un acier à carbone moyen et à résistance moyenne disponible sous forme forgée ou normalisée. Cet acier a la bonne quantité de ténacité, de résistance et de résistance à l’usure. Visitez ici pour voir son processus de fabrication.
Il peut être utilisé sur les boulons, les essieux, les vilebrequins, les bielles forgées, les engrenages légers, les barres de torsion, les tiges de guidage et bien plus encore.
D'autres substances comprennent le SAE 1137 vulcanisé, le SAE 1117, le SAE 1144, le SAE 1018 laminé à froid et le SAE 1035 laminé à chaud. Les boues de broyage de n'importe quelle substance peuvent être utilisées sur des tours CNC spécifiques.
En général, les aciers vulcanisés et laminés à froid peuvent avoir un coût plus élevé, jusqu'à 15 %, par rapport aux aciers laminés à chaud, mais ils offrent des performances supérieures. Il est indispensable de réaliser des tests d’usinage pour contrôler d’éventuelles dépenses supplémentaires. Comme chaque unité d’essieu fonctionne différemment, il n’existe aucune substance établie ni méthode de maintenance par usinage.
Si l’on considère le coût par livre, l’acier au carbone ordinaire laminé à chaud est plus économique que l’acier vulcanisé laminé à froid. Cependant, certains défis surviennent lors de l’utilisation de matériaux laminés à chaud. En raison de l'absence de surveillance du diamètre extérieur (OD) pendant le processus de laminage, les matériaux laminés à chaud nécessitent généralement un dimensionnement plus grand.
Les constructeurs automobiles doivent évaluer si la taille accrue et le coût inférieur des matériaux des barres laminées à chaud l'emportent sur les avantages des barres laminées à froid.
Les matériaux laminés à chaud présentent souvent des contraintes résiduelles, des points durs et mous, des vides et d'autres défauts de matériaux, qui peuvent entraîner des difficultés de traitement. Certains aciers à haute résistance ont une couche externe durcie, ce qui les rend moins résistants lorsqu'ils sont utilisés avec des arbres.
La réalisation de tests permet de choisir la meilleure substance entre les matériaux CRS, HRS, vulcanisés et non vulcanisés.
Les services de réparation électromécanique industrielle, ou IER Services, ont été créés en 2011 pour fournir des services de réparation efficaces et rapides pour tous les types d'instruments électromécaniques, y compris les moteurs à courant continu et alternatif, les entraînements à fréquence variable, les pompes, l'équilibrage dynamique, etc. Ils prennent également en charge les services d’étalonnage d’arbres.
Ils fournissent non seulement des services de fixation d'arbre moteur de qualité à leurs clients, mais proposent également des arbres moteur spéciaux pour d'autres vannes, pompes, moteurs et systèmes hydrauliques.
Matériaux disponibles pour la construction de l'arbre moteur
-Acier allié
-Aluminium
-Cuivre beryllium
-Laiton
-Bronze
-Acier Carbone
-Cuivre
-Nickel
Fabrication d'arbres de moteur
Comme mentionné précédemment, la plupart des fabricants de moteurs utilisent SAE 1045 dans l'acier laminé à froid (CRS) ou dans l'acier laminé à chaud (HRS). Sur la base du coût par livre, l'acier au carbone laminé à chaud est moins cher que le matériau laminé à froid. Cependant, des facteurs tels que la taille doivent être pris en compte lors du processus de laminage.
Les fabricants d’équipements électriques doivent estimer si les barres laminées à chaud avec des coûts de matériaux inférieurs et des dimensions plus grandes sont plus ou moins coûteuses que les barres laminées à froid.
Les substances laminées à chaud sont plus problématiques à usiner en raison de leurs caractéristiques de points mous, de points durs, de vides, de contraintes résiduelles et d'autres défauts de matériaux. Le principal inconvénient de certains aciers à haute résistance est que la partie la plus dure est uniquement la couche externe. Ainsi, une fois l’arbre usiné, le système perd de sa résistance.
Des tests sur machine sont nécessaires pour sélectionner la meilleure option parmi les différents matériaux. (Certains constructeurs automobiles utilisent du CRS vulcanisé en raison des difficultés d'utilisation du HRS).
L’importance de l’alignement de l’arbre du moteur
Un bon alignement de l’arbre du moteur augmente la durée de vie des performances de l’équipement rotatif. Cela ne peut être accompli qu'en concevant avec précision les composants les plus susceptibles de ne pas fonctionner dans des limites de conception acceptables.
L'Office of Advanced Manufacturing du Département américain de l'énergie a fourni des lignes directrices et des recommandations concernant les facteurs critiques liés à l'alignement et au désalignement. Ce qui suit est un résumé des conseils importants à prendre en compte concernant l’alignement de l’arbre du moteur :
Bien que le désalignement n’ait pas d’impact significatif sur l’efficacité, garantir un alignement correct de l’arbre peut améliorer l’efficacité et la fluidité du transfert d’énergie du moteur vers l’équipement entraîné. Un désalignement se produit lorsque les lignes centrales de l'arbre du moteur et du dispositif entraîné ne coïncident pas. Cela peut entraîner un bruit supplémentaire, des vibrations, une défaillance prématurée des roulements, des accouplements ou des arbres, ainsi qu'une augmentation de la température des roulements et des accouplements.
Types de désalignement de l’arbre moteur
Un désalignement angulaire se produit lorsque le moteur est monté incliné par rapport à l'équipement entraîné. Si les centres de l'équipement suiveur et de l'arbre du moteur sont étendus, ils se croiseront en fait au lieu de longer ou de se superposer à la ligne médiane standard. Contrairement à l'inclinaison d'un arbre de machine fixe, « l'espace » (différence d'espace entre les surfaces d'accouplement) ou différence d'inclinaison de l'arbre du moteur peut se produire verticalement, horizontalement ou dans les deux sens. Un désalignement angulaire peut notamment entraîner de graves dommages aux équipements entraînés et aux moteurs.
Un désalignement parallèle se produit dès que les lignes centrales de deux arbres sont dans une configuration parallèle, mais pas sur la même ligne. Le désalignement parallèle peut prendre deux formes ; les arbres peuvent être décalés verticalement (situés à différentes hauteurs), horizontalement (décalés vers la gauche ou la droite), ou les deux.
Un désalignement combiné se produit lorsque l’arbre du moteur est à la fois parallèle et angulairement désaligné. Il s’agit du désalignement le plus courant du système.
Mesures recommandées en cas de désalignement de l'arbre moteur
Ici, quelques mesures recommandées pour le désalignement de l’arbre du moteur seront présentées :
-Vérifier chaque année l'alignement des arbres de tous les équipements critiques pour la production.
-Vérifier les instruments nouvellement installés pour déceler tout désalignement dû au tassement des fondations 3 à 6 mois après leur mise en service.
-Contrôler les vibrations et la tendance à l'augmentation des vibrations, qui est le principal signe de désalignement. Un mauvais alignement peut être causé par un serrage insuffisant des boulons, un tassement des fondations ou une défaillance de l'arbre de sortie.
-Utiliser des méthodes de maintenance prédictive, notamment l'analyse spectrale et les tests de vibrations, pour faire la distinction entre le désalignement de l'arbre, l'usure des roulements ou les vibrations induites électriquement.
Caractéristiques de l'arbre moteur
Selon les besoins de l'utilisateur, l'arbre du moteur peut être transformé en arbre creux ou en arbre plein.
-La conception légère est disponible en tubes et en version intégrée.
-Diverses combinaisons de matériaux sont possibles.
-L'arbre moteur est prêt à être installé ou en tant que composant semi-fini proche de son contour final.
-Léger (économie de ressources) et capacité de transmission élevée
-Les cannelures peuvent être modifiées selon les exigences du client
L'arbre du moteur dans moteurs synchrones à aimants permanents joue un rôle crucial pour garantir des performances efficaces et fiables. Sa conception, y compris les considérations relatives au montage, aux fixations, au refroidissement et à la capacité de charge, est essentielle pour optimiser la fonctionnalité du moteur. En comprenant l'importance d'un bon alignement des arbres et en résolvant tout problème de désalignement, les fabricants de moteurs peuvent atténuer des problèmes tels que l'augmentation du bruit, des vibrations et une défaillance prématurée des composants. En fin de compte, un arbre moteur bien conçu et correctement aligné contribue à l’efficacité globale et à la longévité des moteurs synchrones à aimants permanents, ouvrant la voie aux progrès dans diverses industries dépendantes des systèmes de propulsion électrique.
