Як виміряти биття вала електродвигуна?

Биття — це зміна положення контрольованої поверхні відносно заданої осі під час повного обертання деталі. У ремонті електричних машин перевіряють радіальне биття, осьове (торцеве) биття, співвісність посадочних поверхонь, прямолінійність осі, ексцентриситет, овальність та биття встановленої напівмуфти, колектора, контактних кілець, вентилятора чи сердечника ротора.

Повне індикаторне биття (TIR) визначають як різницю між максимальним і мінімальним показаннями індикатора за повний оберт. Показання індикатора не завжди дорівнює фактичному вигину осі вала — воно характеризує переміщення конкретної контрольної поверхні відносно вибраної бази.

Ці поняття часто плутають, хоча вони описують різні дефекти.

• ексцентриситет — зміщення геометричного центра поверхні відносно осі обертання; для ідеально круглої поверхні TIR ≈ 2 × ексцентриситет;
• овальність — різниця діаметрів поверхні в різних напрямках одного перерізу, яка може змінювати показання індикатора навіть при правильному положенні середньої осі;
• вигин вала — відхилення геометричної осі від прямої лінії, яке часто показує поступове зростання биття до середини чи вільного кінця;
• неспіввісність посадок — ситуація, коли осі окремих циліндричних поверхонь не збігаються між собою, хоча кожна окремо може бути справною.

Основні причини — механічний удар, падіння ротора, неправильне транспортування, заклинювання двигуна, контакт ротора зі статором, руйнування підшипника, перевантаження, неправильне знімання чи встановлення напівмуфти, локальний перегрів, термічна деформація, неправильне зварювання чи наплавлення, тріщина вала та провисання довгого ротора під власною вагою.

На необхідність перевірки можуть вказувати підвищена вібрація на частоті обертання, нестабільні результати балансування, нагрів одного чи обох підшипників, швидке руйнування підшипників, биття напівмуфти, витікання через ущільнення, нерівномірний повітряний зазор чи видиме коливання кінця вала.

Для перевірки можуть знадобитися індикатор годинникового типу (з ціною поділки 0,01–0,001 мм), цифровий чи важільний індикатор, магнітна стійка, призми, роликові опори, токарні центри, балансувальний верстат, мікрометр, нутромір, лазерний вимірювальний прилад та вихрострумові датчики переміщення.

Перед вимірюванням вал потрібно очистити від мастила й пилу, оглянути на корозію та механічні пошкодження. Індикатор, що проходить по подряпині, задиру чи раковині, показуватиме локальну нерівність, а не геометричне биття осі — тому не слід безконтрольно шліфувати контрольну поверхню перед вимірюванням, це може приховати важливі сліди дефекту.

Результат биття завжди залежить від того, відносно якої бази обертається вал — установлення в центрах, на призмах, на роликових опорах чи обертання у власних підшипниках. Правильна база повинна відповідати меті перевірки: щоб перевірити співвісність посадки муфти відносно підшипникових шийок, базуватися потрібно за підшипниковими посадками; щоб оцінити загальну прямолінійність вала, зазвичай застосовують центри; щоб оцінити роботу зібраного ротора — вимірювання виконують у власних підшипниках чи на балансувальному верстаті.

Вимірювання в центрах зручне для перевірки прямолінійності й співвісності шийок, але залежить від стану центрових отворів, а довгий ротор може прогинатися під власною вагою. Вимірювання на призмах просте й доступне, але чутливе до овальності базових шийок і забруднення. Вимірювання у власних підшипниках показує фактичну поведінку зібраного двигуна, але результат може включати внутрішній зазор підшипників і не завжди дозволяє відрізнити вигин вала від дефекту підшипникового вузла.

Індикатор потрібно закріпити на жорсткій основі, максимально близько до місця вимірювання, з наконечником перпендикулярно до поверхні та з достатнім попереднім натягом. Якщо шток розташований під значним кутом до напрямку переміщення, виникає косинусна похибка. Для радіального вимірювання шток спрямовують до осі вала, для торцевого — приблизно паралельно осі.

Вал потрібно обертати повільно, без ривків, в одному напрямку, не тиснучи на нього радіально й не створюючи осьового переміщення. Не рекомендується обертати вал, натискаючи безпосередньо біля точки вимірювання, — зусилля руки може пружно змістити довгий вал чи ротор у підшипниковому зазорі.

1. 01Установити вал у вибраних опорах — у центрах, на призмах, на роликах чи у власних підшипниках.
2. 02Очистити контрольну поверхню від забруднень і сторонніх частинок.
3. 03Установити індикатор, спрямувавши наконечник радіально до осі.
4. 04Створити попередній натяг і встановити шкалу на умовний нуль.
5. 05Повільно повернути вал на повні 360°.
6. 06Зафіксувати максимальне й мінімальне показання та кутове положення кожного.
7. 07Розрахувати TIR як різницю максимального і мінімального показань.
8. 08Повторити вимірювання щонайменше двічі, щоб перевірити повторюваність.
9. 09Перемістити індикатор і повторити вимірювання в інших перерізах вала.

Один результат не дозволяє визначити форму деформації. Вимірювання рекомендується проводити на обох підшипникових шийках, поруч із ними, біля країв сердечника, у середній частині ротора, а також на посадках муфти й вентилятора. За зміною амплітуди та фази биття можна оцінити місце максимального вигину, наявність локальної деформації, ексцентриситет окремої посадки чи неспіввісність поверхонь.

Положення 0° на торці вала має залишатися однаковим для всіх перерізів — це дозволяє порівнювати фазу биття вздовж усього вала. Якщо максимум у всіх перерізах розташований приблизно в одному кутовому положенні, це може вказувати на загальний вигин; якщо максимум різко змінює кут між сусідніми поверхнями, можлива неспіввісність або локальна похибка механічної обробки.

Осьове биття вимірюють на торцевій поверхні, встановивши шток індикатора приблизно паралельно осі вала. Воно може виникати через неперпендикулярність торця до осі, деформацію бурта, забруднення, задир чи осьовий люфт ротора. Особливо важливо перевіряти торцеве биття буртів підшипникових посадок, торців напівмуфт, фланців, контактних кілець і колекторів.

Якщо ротор має осьовий люфт, під час торцевого вимірювання він може переміщуватися вперед і назад — для стабілізації обережно створюють невелике постійне осьове зусилля в одному напрямку чи використовують штатний упорний вузол, не змінюючи напрямок обертання.

Довгий або важкий ротор може пружно прогинатися під власною вагою, тому вимірювання в горизонтальному положенні може містити не лише фактичний залишковий вигин, а й пружний прогин від ваги та деформацію опор. Для точних вимірювань великих роторів застосовують розрахунок пружного прогину, додаткові люнети, спеціальні роликові опори чи вимірювання на балансувальному верстаті — люнет при цьому не повинен приховувати фактичний вигин або створювати додаткове примусове випрямлення.

Биття характеризує геометричне відхилення поверхні або осі і вимірюється при повільному ручному обертанні. Дисбаланс характеризує нерівномірний розподіл маси відносно осі обертання і проявляється динамічно — його визначають на балансувальному верстаті або за вібрацією. Можливі ситуації: вал має биття, але ротор статично збалансований; ротор має дисбаланс при малому геометричному битті; обидва дефекти присутні одночасно.

Універсального допустимого значення для всіх електродвигунів не існує — допуск залежить від діаметра і довжини вала, частоти обертання, потужності двигуна, типу підшипників, конструкції муфти, типу ущільнення, повітряного зазору та вимог виробника. Основними джерелами критеріїв повинні бути креслення вала, ремонтна документація, технічні умови виробника та нормативи конкретного типу машини — не слід використовувати одне довільне числове значення для всіх двигунів.

• забруднення поверхні або подряпина під наконечником;
• магнітна стійка на тонкому чи рухомому елементі, слабке кріплення індикатора;
• неправильний кут штока та надмірне вимірювальне зусилля;
• люфт шарнірів стійки або підшипників, осьове переміщення;
• нерівномірне ручне обертання та деформація під власною вагою;
• овальність баз, пошкодження центрів, биття роликової опори;
• температурна зміна та вібрація від сусіднього обладнання.

Ремонт може знадобитися, якщо биття перевищує встановлений допуск, є підтверджений вигин, посадки неспіввісні, муфта має надмірне биття через вал, повітряний зазор стає нерівномірним чи підшипники повторно руйнуються. Залежно від конструкції та дефекту застосовують механічне чи термомеханічне правлення, шліфування, відновлення посадки, установлення ремонтної втулки, металізацію, наплавлення або виготовлення нового вала.

Правлення — відповідальна операція: неправильне зусилля може створити тріщину, пошкодити посадку чи спричинити повторне викривлення. Перед правленням потрібно виконати карту биття, знайти площину вигину та перевірити вал на тріщини. Якщо вал має значне чи раптове биття, необхідно виключити тріщину методами магнітопорошкового, капілярного, ультразвукового чи вихрострумового контролю — особливо в галтелях, шпонкових пазах, різьбах та зонах після наплавлення. Правити вал із невиявленою тріщиною небезпечно.

• контакт ротора зі статором або різке зростання вібрації;
• металевий скрегіт чи швидкий нагрів підшипників;
• руйнування ущільнення або зміщення муфти;
• небезпечне осьове переміщення чи витікання масла;
• повторне спрацювання вібраційного захисту;
• видиме коливання вала.

• вимірювати по брудній поверхні чи ставити індикатор на рухомий кожух;
• обертати вал ривками або тиснути на нього рукою;
• робити висновок за однією точкою без карти декількох перерізів;
• плутати TIR із фактичним прогином осі та ігнорувати овальність;
• балансувати ротор замість ремонту кривого вала;
• встановлювати нові підшипники на неперевірений вал;
• правити вал без попередньої дефектоскопії, особливо після аварії чи удару;
• приймати довільний універсальний допуск без урахування документації конкретної машини.

• Як перевірити ротор?
• Як перевірити підшипники?
• Як виконати центрування електродвигуна?
• Як виконати балансування ротора?
• Чому електродвигун сильно вібрує?
• Як перевірити вал на тріщини?Незабаром
• Як виконується правлення вала?Незабаром

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує комплексну дефектацію, ремонт і випробування валів та роторів промислових електричних машин.

До переліку робіт входять:

• вимірювання радіального й торцевого биття та складання карти биття вала;
• контроль прямолінійності, співвісності посадок, овальності й конусності;
• дефектоскопію валів — магнітопорошковий, капілярний та ультразвуковий контроль;
• перевірку шпонкових пазів і посадки напівмуфти;
• механічне та термомеханічне правлення валів;
• відновлення посадочних поверхонь, металізацію та наплавлення;
• виготовлення нових валів;
• динамічне балансування та лазерне центрування.