Как измерить биение вала электродвигателя?

Биение — это изменение положения контролируемой поверхности относительно заданной оси во время полного вращения детали. При ремонте электрических машин проверяют радиальное биение, осевое (торцевое) биение, соосность посадочных поверхностей, прямолинейность оси, эксцентриситет, овальность и биение установленной полумуфты, коллектора, контактных колец, вентилятора или сердечника ротора.

Полное индикаторное биение (TIR) определяют как разницу между максимальным и минимальным показаниями индикатора за полный оборот. Показание индикатора не всегда равно фактическому изгибу оси вала — оно характеризует перемещение конкретной контрольной поверхности относительно выбранной базы.

Эти понятия часто путают, хотя они описывают разные дефекты.

• эксцентриситет — смещение геометрического центра поверхности относительно оси вращения; для идеально круглой поверхности TIR ≈ 2 × эксцентриситет;
• овальность — разница диаметров поверхности в разных направлениях одного сечения, которая может менять показания индикатора даже при правильном положении средней оси;
• изгиб вала — отклонение геометрической оси от прямой линии, которое часто показывает постепенный рост биения к середине или свободному концу;
• несоосность посадок — ситуация, когда оси отдельных цилиндрических поверхностей не совпадают между собой, хотя каждая по отдельности может быть исправна.

Основные причины — механический удар, падение ротора, неправильная транспортировка, заклинивание двигателя, контакт ротора со статором, разрушение подшипника, перегрузка, неправильный демонтаж или монтаж полумуфты, локальный перегрев, термическая деформация, неправильная сварка или наплавка, трещина вала и провисание длинного ротора под собственным весом.

На необходимость проверки могут указывать повышенная вибрация на частоте вращения, нестабильные результаты балансировки, нагрев одного или обоих подшипников, быстрое разрушение подшипников, биение полумуфты, утечка через уплотнения, неравномерный воздушный зазор или заметное на глаз колебание конца вала.

Для проверки могут понадобиться индикатор часового типа (с ценой деления 0,01–0,001 мм), цифровой или рычажный индикатор, магнитная стойка, призмы, роликовые опоры, токарные центры, балансировочный станок, микрометр, нутромер, лазерный измерительный прибор и вихретоковые датчики перемещения.

Перед измерением вал нужно очистить от смазки и пыли, осмотреть на коррозию и механические повреждения. Индикатор, проходящий по царапине, задиру или раковине, покажет локальную неровность, а не геометрическое биение оси — поэтому не следует бесконтрольно шлифовать контрольную поверхность перед измерением, это может скрыть важные следы дефекта.

Результат биения всегда зависит от того, относительно какой базы вращается вал — установки в центрах, на призмах, на роликовых опорах или вращения в собственных подшипниках. Правильная база должна соответствовать цели проверки: чтобы проверить соосность посадки муфты относительно подшипниковых шеек, базироваться нужно по подшипниковым посадкам; чтобы оценить общую прямолинейность вала, обычно применяют центры; чтобы оценить работу собранного ротора — измерение выполняют в собственных подшипниках или на балансировочном станке.

Измерение в центрах удобно для проверки прямолинейности и соосности шеек, но зависит от состояния центровых отверстий, а длинный ротор может прогибаться под собственным весом. Измерение на призмах простое и доступное, но чувствительно к овальности базовых шеек и загрязнению. Измерение в собственных подшипниках показывает фактическое поведение собранного двигателя, но результат может включать внутренний зазор подшипников и не всегда позволяет отличить изгиб вала от дефекта подшипникового узла.

Индикатор нужно закрепить на жёсткой основе, максимально близко к месту измерения, с наконечником перпендикулярно поверхности и с достаточным предварительным натягом. Если шток расположен под значительным углом к направлению перемещения, возникает косинусная погрешность. Для радиального измерения шток направляют к оси вала, для торцевого — примерно параллельно оси.

Вал нужно вращать медленно, без рывков, в одном направлении, не нажимая на него радиально и не создавая осевого перемещения. Не рекомендуется вращать вал, нажимая непосредственно у точки измерения, — усилие руки может упруго сместить длинный вал или ротор в подшипниковом зазоре.

1. 01Установить вал в выбранных опорах — в центрах, на призмах, на роликах или в собственных подшипниках.
2. 02Очистить контрольную поверхность от загрязнений и посторонних частиц.
3. 03Установить индикатор, направив наконечник радиально к оси.
4. 04Создать предварительный натяг и установить шкалу на условный ноль.
5. 05Медленно повернуть вал на полные 360°.
6. 06Зафиксировать максимальное и минимальное показание и угловое положение каждого.
7. 07Рассчитать TIR как разницу максимального и минимального показаний.
8. 08Повторить измерение не менее двух раз, чтобы проверить повторяемость.
9. 09Переместить индикатор и повторить измерение в других сечениях вала.

Один результат не позволяет определить форму деформации. Измерения рекомендуется проводить на обеих подшипниковых шейках, рядом с ними, у краёв сердечника, в средней части ротора, а также на посадках муфты и вентилятора. По изменению амплитуды и фазы биения можно оценить место максимального изгиба, наличие локальной деформации, эксцентриситет отдельной посадки или несоосность поверхностей.

Положение 0° на торце вала должно оставаться одинаковым для всех сечений — это позволяет сравнивать фазу биения вдоль всего вала. Если максимум во всех сечениях расположен примерно в одном угловом положении, это может указывать на общий изгиб; если максимум резко меняет угол между соседними поверхностями, возможна несоосность или локальная погрешность механической обработки.

Осевое биение измеряют на торцевой поверхности, установив шток индикатора примерно параллельно оси вала. Оно может возникать из-за неперпендикулярности торца к оси, деформации бурта, загрязнения, задира или осевого люфта ротора. Особенно важно проверять торцевое биение буртов подшипниковых посадок, торцов полумуфт, фланцев, контактных колец и коллекторов.

Если ротор имеет осевой люфт, во время торцевого измерения он может перемещаться вперёд и назад — для стабилизации осторожно создают небольшое постоянное осевое усилие в одном направлении или используют штатный упорный узел, не меняя направление вращения.

Длинный или тяжёлый ротор может упруго прогибаться под собственным весом, поэтому измерение в горизонтальном положении может содержать не только фактический остаточный изгиб, но и упругий прогиб от веса и деформацию опор. Для точных измерений крупных роторов применяют расчёт упругого прогиба, дополнительные люнеты, специальные роликовые опоры или измерение на балансировочном станке — люнет при этом не должен скрывать фактический изгиб или создавать дополнительное принудительное выпрямление.

Биение характеризует геометрическое отклонение поверхности или оси и измеряется при медленном ручном вращении. Дисбаланс характеризует неравномерное распределение массы относительно оси вращения и проявляется динамически — его определяют на балансировочном станке или по вибрации. Возможны ситуации: вал имеет биение, но ротор статически сбалансирован; ротор имеет дисбаланс при малом геометрическом биении; оба дефекта присутствуют одновременно.

Универсального допустимого значения для всех электродвигателей не существует — допуск зависит от диаметра и длины вала, частоты вращения, мощности двигателя, типа подшипников, конструкции муфты, типа уплотнения, воздушного зазора и требований производителя. Основными источниками критериев должны быть чертёж вала, ремонтная документация, технические условия производителя и нормативы конкретного типа машины — не следует использовать одно произвольное числовое значение для всех двигателей.

• загрязнение поверхности или царапина под наконечником;
• магнитная стойка на тонком или подвижном элементе, слабое крепление индикатора;
• неправильный угол штока и чрезмерное измерительное усилие;
• люфт шарниров стойки или подшипников, осевое перемещение;
• неравномерное ручное вращение и деформация под собственным весом;
• овальность баз, повреждение центров, биение роликовой опоры;
• температурное изменение и вибрация от соседнего оборудования.

Ремонт может понадобиться, если биение превышает установленный допуск, подтверждён изгиб, посадки несоосны, муфта имеет чрезмерное биение из-за вала, воздушный зазор становится неравномерным или подшипники повторно разрушаются. В зависимости от конструкции и дефекта применяют механическую или термомеханическую правку, шлифовку, восстановление посадки, установку ремонтной втулки, металлизацию, наплавку или изготовление нового вала.

Правка — ответственная операция: неправильное усилие может создать трещину, повредить посадку или вызвать повторное искривление. Перед правкой нужно составить карту биения, найти плоскость изгиба и проверить вал на трещины. Если вал имеет значительное или внезапное биение, необходимо исключить трещину методами магнитопорошкового, капиллярного, ультразвукового или вихретокового контроля — особенно в галтелях, шпоночных пазах, резьбах и зонах после наплавки. Править вал с необнаруженной трещиной опасно.

• контакт ротора со статором или резкий рост вибрации;
• металлический скрежет или быстрый нагрев подшипников;
• разрушение уплотнения или смещение муфты;
• опасное осевое перемещение или утечка масла;
• повторное срабатывание вибрационной защиты;
• заметное на глаз колебание вала.

• измерять по грязной поверхности или ставить индикатор на подвижный кожух;
• вращать вал рывками или давить на него рукой;
• делать вывод по одной точке без карты нескольких сечений;
• путать TIR с фактическим прогибом оси и игнорировать овальность;
• балансировать ротор вместо ремонта кривого вала;
• устанавливать новые подшипники на непроверенный вал;
• править вал без предварительной дефектоскопии, особенно после аварии или удара;
• принимать произвольный универсальный допуск без учёта документации конкретной машины.

• Как проверить ротор?
• Как проверить подшипники?
• Как выполнить центровку электродвигателя?
• Как выполнить балансировку ротора?
• Почему электродвигатель сильно вибрирует?
• Как проверить вал на трещины?Скоро
• Как выполняется правка вала?Скоро

ТОВ ВКФ «Электропромремонт» выполняет комплексную дефектацию, ремонт и испытания валов и роторов промышленных электрических машин.

В перечень работ входят:

• измерение радиального и торцевого биения и составление карты биения вала;
• контроль прямолинейности, соосности посадок, овальности и конусности;
• дефектоскопию валов — магнитопорошковый, капиллярный и ультразвуковой контроль;
• проверку шпоночных пазов и посадки полумуфты;
• механическую и термомеханическую правку валов;
• восстановление посадочных поверхностей, металлизацию и наплавку;
• изготовление новых валов;
• динамическую балансировку и лазерную центровку.