Opciones de diseño de rodamientos para motores eléctricos

Opciones de diseño de rodamientos para motores eléctricos

Como el desarrollo de motores eléctricos más eficientes continúa al ritmo de las próximas regulaciones, es importante asegurarse de que todos los componentes estén diseñados según las especificaciones más recientes, incluidos los rodamientos. Tony Synnott, Gerente de ingeniería del Reino Unido para NSK Europa , explica cómo el diseño de los cojinetes afecta el rendimiento y la confiabilidad del motor eléctrico .

Los cojinetes de los motores eléctricos están diseñados para soportar el rotor y mantener un espacio de aire uniforme entre el rotor y el estator, así como para transferir las cargas del eje a la estructura del motor. La selección del diseño de cojinete correcto garantiza que se mantenga la eficiencia del diseño del motor con una fricción y pérdidas de potencia mínimas.

Para un motor eléctrico pequeño, la falla de un rodamiento y cualquier daño subsiguiente pueden hacer que la reparación sea más allá de lo económico, por lo que es deseable para instalar rodamientos de alta calidad que están diseñados para soportar las tensiones del medio ambiente . En aplicaciones más grandes, una falla en un rodamiento puede causar un tiempo de inactividad considerable, por lo que es crucial hacer coincidir el diseño con la aplicación.

Por ejemplo, si un motor diseñado para una aplicación de transmisión en línea se reasigna a una aplicación radial de transmisión por correa, es probable que los cojinetes se vean comprometidos y no funcionen como cabría esperar. En la aplicación especificada original, el motor estaría equipado con rodamientos de bolas de ranura profunda, pero estos podrían sobrecargarse por el aumento de la carga radial de la correa de transmisión.



En cuanto al diseño de los rodamientos en sí, ha habido una innovación considerable en cuanto a la tecnología de los materiales de los rodamientos, así como a la ingeniería de precisión y los procesos de fabricación. Al mejorar el acabado de la superficie de los elementos rodantes y las pistas de rodadura dentro de un rodamiento, se reducen los niveles de fricción. , que reduce el consumo de energía y el ruido. Cuando estas mejoras se combinan con los avances en lubricación, el resultado es una vida útil mejorada.

Un ejemplo de ello son los últimos motores de tracción de CA que se utilizan en la generación actual de trenes de alta velocidad, que ahora se espera que vayan más rápido y viajen mucho más lejos entre los períodos de mantenimiento. Se espera que los rodamientos empleados en estos motores brinden un rendimiento excepcional en condiciones de operación severas, incluidas altas cargas radiales, cargas de alto impacto y altas velocidades.

Un obstáculo importante para lograr intervalos prolongados sin mantenimiento es la erosión eléctrica. Esto ocurre cuando la corriente eléctrica 'parásita' fluye a través de los cojinetes del motor hacia la tierra. El resultado es daño al rodamiento, cuya extensión depende de la magnitud de la corriente y la duración de las condiciones. El daño, conocido como arco eléctrico, generalmente se presenta en forma de pequeños cráteres y microsoldaduras en la pista de rodadura del rodamiento y en las superficies de los elementos rodantes, lo que resulta en una falla prematura del rodamiento.

Una solución a las fallas por arco eléctrico es el uso de revestimientos cerámicos o elementos rodantes cerámicos en el diseño del rodamiento. , que proporcionan aislamiento eléctrico del eje. Los revestimientos cerámicos a menudo se aplican con un rociador de plasma. El revestimiento cerámico se trata con una resina acrílica para sellar la superficie y evitar la entrada de humedad. Este recubrimiento también brinda protección adicional contra los álcalis fuertes y las altas temperaturas utilizadas para lavar el material rodante.

La vida útil de un rodamiento, suponiendo que se haya especificado correctamente para la aplicación, a menudo está determinada por el régimen de lubricación y cómo el diseño del rodamiento garantiza un flujo suficiente para todos los elementos rodantes. El análisis de elementos finitos y la dinámica de fluidos computacional se pueden utilizar para mejorar la resistencia de los rodamientos y el flujo de lubricación. , los cuales deben especificarse cuidadosamente para cada aplicación.

El programa de mantenimiento también desempeña un papel en la esperanza de vida de los rodamientos y debe tener en cuenta el entorno de trabajo y los aspectos prácticos del acceso al equipo. Al mejorar las disposiciones de sellado y optimizar la técnica de lubricación, el período de mantenimiento se puede extender para que coincida con otros componentes, como los cojinetes del juego de ruedas. Esto ofrece al cliente mejores ahorros en costos de mantenimiento y pérdida de productividad.

La clave para optimizar el diseño de los rodamientos es comprender la aplicación y el entorno, al mismo tiempo que se tiene la capacidad de emplear materiales y controles de calidad líderes en la industria. NSK ha desarrollado Z Steel, que ha ampliado la vida útil de sus rodamientos en comparación con el acero para rodamientos convencional. Esto se ha combinado con diseños mejorados de jaulas, diseños de sellos y lubricación, así como revestimientos cerámicos y de resina .