Повышенный износ и повреждение частей электродвигателя

Повышенный износ подшипников качения
Повышенный износ подшипников скольжения
Задевание ротора за статор
Износ контактных колец и щеток

1.Повышенный износ подшипников качения

Повышенный износ шарико и роликоподшипников является следствием ряда причин:
дефектов подшипника, недоброкачественной сборки электродвигателя, плохого ухода в процессе эксплуатации.
Образование трещин, раковин и скопов обычно связано с наличием скрытых дефектов в материале подшипника, с неудовлетворительной термической обработкой деталей подшипника и в сравнительно редких случаях с неправильной посадкой подшипника на вал.
Для сопряжения вал-внутреннее кольцо подшипника применяют умеренно плотные посадки второго класса: для машин до 100 кВт напряженную посадку, для машин свыше 100 кВт тугую посадку. Только при больших нагрузках, когда устанавливается срок службы подшипника 1000-2000 ч, следует применять прессовые посадки.
Свободная посадка кольца на вал недопустима из-за опасности износа шейки вала при проскальзывании кольца. Перед посадкой на вал подшипник нагревается в масле до температуры 150° С. Посадка наружного кольца в подшипниковом щите должна допускать небольшие перемещения, слишком тугая посадка подшипника может привести к повреждению рабочей поверхности колец и шариков при сборке и к повышенному нагреванию подшипника. Для возможности удлинения вала при нагревании должны быть предусмотрены осевые зазоры между наружным кольцом подшипника и крышками (см. рис. 22). Отсутствие этих зазоров может быть причиной повышенного износа обоих подшипников. Признаком отсутствия необходимого осевого зазора являются износ боковойповерхности качения подшипников и затрудненное вращение ротора в нагретом состоянии. При большой радиальной нагрузке происходит повышенный износ середины поверхности качения одного или обоих подшипников, в некоторых случаях наблюдается большой износ менее нагруженного подшипника вследствие вибрации вала электродвигателя. При большой осевой нагрузке происходит значительный износ боковых поверхностей качения наружного и внутреннего колец нагруженного подшипника. Перекос подшипниковых щитов или подшипниковых крышек приводит к износу боковой поверхности качения на участке окружности наружного кольца с одной стороны и на другом участке окружности с противоположной стороны.
Проверка Плотности прилегания щита к корпусу электродвигателя производится легкими ударами молотка по окружности подшипникового щита: в месте неплотной посадки звук от удара будет глухой низкого тона. Для смазки подшипников качения употребляются консистентные смазки, густые при комнатной температуре.
Смазка в подшипниках качения уменьшает трение скольжения между катящимися элементами и сепараторами, а также трение скольжения, связанное с деформацией шариков, роликов и колец. (В ненагруженном подшипнике при наличии смазки трение качения немного возрастает.) Кроме того, смазка предохраняет подшипник от коррозии, способствует отводу тепла от рабочих поверхностей и предохраняет подшипник от попадания пыли и влаги. Для того чтобы смазка выполняла все указанные функции, необходимо подбирать ее с учетом условий работы. Ос-согопин и консталин имеют пониженную влагостойкость и разлагаются под действием влаги с выделением жирных кислот, что может вызвать коррозию подшипников. В условиях повышенной влажности следует применять солидол, но у него пониженная температура перехода в жидкое состояние.
Пополнение смазки должно производиться по графику, при непрерывной круглосуточной работе один раз в 2—3 месяца, а при односменной работе один раз в 6 месяцев. Полная замена смазки и промывка подшипника обычно производятся при ремонте электродвигателя. Для добавления смазки в большинстве случаев приходится снимать крышку подшипника и в этом спучае необходимо соблюдать меры предосторожности, исключающие попадание в подшипник грязи и особенно абразивной пыли и металлической стружки. Загрязнение смазки приводит к увеличению трения и, следовательно, к дополнительному нагреванию подшипника и к увеличению интенсивности его шума; при этом происходит ускоренный износ подшипника. Увеличение трения может привести к повреждению сепаратора и к проскальзыванию внутреннего кольца относительно шейки вала или наружного кольца относительно подшипникового щита. Значительное повреждение указанных частей приводит, как правило, к задеванию ротора за статор, поэтому при повышении температуры и интенсивности шума подшипника необходимо остановить электродвигатель, разобрать и осмотреть подшипник.
Для удержания смазки в подшипнике применяются уплотнения различных конструкций. В электродвигателях малой мощности отверстия в крышке подшипника исполняются конусными, зазор между валом и крышкой равен 0,4 мм со стороны подшипника и 0,2 мм с наружной стороны. В электродвигателях больших размеров в отверстии крышки делаются две-три кольцевые проточки.
Для лучшего уплотнения в эти проточки иногда закладывается набивка из пенькового (или асбестового) шнура или специальные войлочные кольца. Причинами вытекания смазки из подшипника являются: повышенная температура подшипника или несоответствующий сорт смазки для рабочей температуры подшипника, большое количество смазки, износ уплотнений. Если смазка вытекает в жидком состоянии, то необходимо устранить причину повышенного нагревания подшипника или применить более тугоплавкую смазку. В случае выдавливания смазки при нормальной температуре подшипника следует заменить уплотняющую набивку и поставить прокладки из электрокартона или лакоткани между крышками подшипника и щитом.

2.Повышенный износ подшипников скольжения

Непосредственной причиной повышенного износа подшипника является увеличенная сила трения, вызванная недостатками изготовления или сборки электродвигателя, дефектами передачи, плохой смазкой. Увеличенная сила трения вызывает также повышение температуры подшипника, и это часто может служить первым признаком ненормальной работы его. Недостатки изготовления подшипника или сборки электродвигателя проявляются сразу же после установки нового или отремонтированного электродвигателя. Наиболее часто встречаются ошибки при изготовлении втулки или вкладышей, особенно в выполнении маспораспределительных каналов.
При подаче масла кольцом на втулке делается один или реже два поперечных паза 1 (по количеству колец) почти до горизонтального диаметра втулки 2
(рис. 31).

Этот паз необходим для соприкосновения кольца с валом. Ширина паза должна быть достаточной для свободного вращения кольца, и края паза не должны препятствовать этому вращению. Место расположения паза по длине втулки зависит от общей конструкции подшипника. Распределение масла осуществляется двумя боковыми каналами 3, расположенными по образующим внутренней поверхности втулки. Иногда в старых подшипниках встречаются криволинейные каналы для распределения масла по всей поверхности втулки, но такие каналы -уменьшают подъемную силу масляного клина, поэтому в новых втулках их повторять не следует.
Поперечный паз 1 втулки должен соединяться с маслораспределительными каналами 3 и края маслораспределительных каналов должны иметь плавный переход к рабочей поверхности втулки. Наличие острых кромок в этих местах будет препятствовать перемещению масла с кольца в каналы и смазке шейки вала.
Для предупреждения растекания масла вдоль вала за пределы шеек вблизи торцов втулки делаются кольцевые проточки 4. В нижней части этих проточек сверлятся два-три радиальных отверстия 5 для стока масла. Между продольными каналами и кольцевой проточкой должен оставаться промежуток 4-6 мм. Продольные распределительные каналы во вкладышах располагаются в месте стыка. Здесь также следует выполнять плавный переход между этими каналами и рабочей поверхностью вкладыша, особенно нижнего. При подаче масла кольцом верхний вкладыш получается сложной формы для возможности размещения в нем и свободного вращения кольца.
Повышенная сила трения может быть при малом зазоре между шейкой вала и втулкой вследствие того, что образование масляного клина в этом случае затруднено. Увеличение диаметра втулки может быть достигнуто дополнительной шабровкой, а для увеличения зазора между шейкой вала и верхним вкладышем следует поставить прокладки между вкладышами. Увеличение зазора и уменьшение за счет этого силы трения приводят к уменьшению износа подшипника. В обычном подшипнике скольжения упорная торцовая поверхность небольшая и если из-за неправильной сборки (рис. 29, б) или вследствие других причин появляется значительная осевая сила, то происходит большой износ одного из подшипников. Перекос втулки в подшипниковом щите при правильной форме этих деталей практически невозможен, несовпадение оси втулки и оси вала обычно является следствием перекоса подшипникового шита или деформации вала.
Характер износа рабочей поверхности втулки по указанным причинам получается различным. При перекосе подшипникового щита или упругой деформации вала износ втулки происходит на противоположных частях окружности вблизи обоих торцов. При остаточной деформации вала износ втулки происходит по всей окружности у обоих торцов. Поврежденная или грубо обработанная рабочая поверхность шейки вала или втулки затрудняет образование масляной пленки, разделяющей металлические поверхности; в этом случае наблюдается повышенный износ втулки подшипника. Неудовлетворительная смазка подшипника может быть вызвана отмеченными ранее недостатками выполнения смазочных каналов, дефектами кольца, подающего масло, и несоответствием или загрязнением масла. К дефектам кольца относятся отклонение его от круглой формы, изгиб торцовых плоскостей, повреждение поверхности кольца, наличие вмятин, малая масса кольца.
При подаче масла насосом недостаточная подача его может быть вызвана местным уменьшением сечения маслопровода или засорением фильтров. Подача масла кольцом мало изменяется при понижении его уровня, однако при очень низком уровне масла в подшипнике подача масла уменьшается. Слишком жидкое или слишком густое масло не обеспечивает нормальной работы подшипника. В первом случае подъемная сила масляного клина получается недостаточной при большой нагрузке на подшипник и происходит трение металлических поверхностей. Во втором случае уменьшается количество подаваемого масла.
Особенно большой износ подшипника происходит при загрязнении масла абразивными или металлическими частицами, которые могут попасть в масло либо при хранении его в открытом сосуде, либо при открытой крышке подшипника из окружающего воздуха, или же являются продуктом износа втулки и шейки вала. В некоторых сравнительно редких случаях масло загрязняется формовочной смесью, если внутренняя поверхность резервуара подшипника была плохо очищена. Наличие в масле волокнистых материалов непосредственно не вызывает износа рабочих поверхностей подшипника, но засорение маслораспределительных каналов в этом случае может вызвать ухудшение смазки.
Повышенный износ подшипника приводит к смещению ротора относительно статора, при котором нарушается равенство зазоров между статором и ротором по различным радиусам. Нарушение зазора приводит к появлению односторонней силы магнитного притяжения, которая увеличивает нагрузку на подшипник и ускоряет его износ. Недостатком в работе подшипника является вытекание масла. Слой масла с прилипшей к нему пылью загрязняет поверхность электродвигателя, а стекание масла на фундамент вызывает разрушение бетона. Попадание масла внутрь электродвигателя приводит к более тяжелым последствиям, так как на смоченной маслом поверхности осаждается пыль из охлаждающего воздуха, значительно ухудшающая теплоотдачу. Масло растворяет некоторые лаки и ухудшает изоляцию обмотки. Причинами вытекания масла могут быть недостаточное или изношенное уплотненке подшипника, сильное вентилирующее действие вращающихся частей электродвигателя (шкива, вентилятора), наличие зазоров между крышкой и корпусом подшипника, плохое уплотнение маслоуказателя или пробки для спуска масла, высокий уровень масла в подшипнике.

Большое давление в маслопроводе, создаваемое насосом, также может быть причиной вытекания масла. В случае растекания масла по валу рекомендуется установить дополнительное уплотнение. На рис. 32 показало простое уплотнение, состоящее из стальной шайбы 1 толщиной 1—2 мм с зазором между шайбой и валом 0,5 мм. Между этой шайбой и корпусом подшипникаустанавливается фетровое кольцо 2. Уплотнение прикрепляется к подшипнику тремя—четырьмя винтами 3. Удовлетворительные результаты может дать уплотнение в виде латунной шайбы толщиной 2 мм, прикрепленной к подшипнику винтами и имеющей острый край, плотно пригнанный к валу. Растекание масла вдоль вала вызывается также засорением или малым сечением отверстий 4 для стока (рис. 32), поэтому при разборке электродвигателя следует проверить чистоту этих отверстий, а в случае необходимости увеличить их диаметр.
Вытекание масла у одного из торцов подшипника при удовлетворительном состоянии уплотнений указывает на сильное вентилирующее действие ротора, которое наблюдается, например, при указанной на рис. 33 установке вентилятора.
Если обнаружена неплотность резьбового соединения маслоуказателя или пробки для спуска масла, то необходимо сделать соответствующие уплотнения. Под головку пробки рекомендуется поставить стальную шайбу и между стальной шайбой и корпусом подшипника уплотняющую свинцовую шайбу.
Для предотвращения вытекания масла при добавлении его в подшипник необходимо напивать масло, руководствуясь отметкой на маслоуказателе, и только при неподвижном роторе. Эту операцию следует проводить постепенно, так как вязкость масла препятствует быстрому установлению одинакового уровня в резервуаре подшипника и в маслоуказателе.

3.Задевание ротора за статор

Причиной этой неисправности может быть неправильная сборка электродвигателя, имеющего подшипники на стойках. Значительно реже эта причина встречается в электродвигателях с встроенными в щиты подшипниками. Недостатки сборки обычно проявляются сразу же после установки электродвигателя, и при тщательном контроле их можно избежать.
К задеванию ротора за статор могут также привести: деформация магнитопровода статора или ротора, изгиб вала, который обычно происходит при транспортировке или установке двигателя. Наиболее вероятными причинами задевания ротора за статор в процессе эксплуатации являются: повышенный износ или повреждение подшипников, повышенное неуравновешенное магнитное притяжение, большой размах вибраций. Характерным признаком задевания ротора за статор являются затруднение при пуске (иногда невозможность пуска), пониженная скорость вращения, шум электродвигателя низкого тона, поперечные вибрации ротора, появление дыма. На соприкасающихся поверхностях статора и ротора остаются следы в виде полированных участков, покрытых пленкой цветного окисла, а иногда имеют место изгиб зубцов и повреждение обмотки. При всех перечисленных признаках следует проверить величину зазора между статором и ротором. Измерение зазора производят щупом, состоящим из набора калиброванных пластин. Для более точного измерения необходимо щуп вводить параллельно оси машины по зубцу статора в местах, свободных от лака и грязи, и не попадать на клин паза или бандаж. Зазор измеряют в четырех местах по окружности статора с обеих сторон. В некоторых закрытых электродвигателях измерение зазора производят в трех местах по окружности статора через специальные отверстия в подшипниковых щитах. В рабочем состоянии электродвигателя эти отверстия закрыты крышками, и для измерения зазора необходимо снять эти крышки. Измерения следует повторить для нескольких положений ротора. Если получаются различные величины зазора по окружности статора и они повторяются при повороте ротора, то вероятными причинами неисправности могут быть: смещение подшипниковых стоек относительно статора, деформация магнитопровода статора, износ или повреждение подшипников. В этом случае следы касания имеются на небольшом участке внутренней поверхности статора и по всей окружности ротора. При изгибе вала, отклонении формы магнитолровода от кругового цилиндра или смещении его оси зазор зависит от положения ротора. Следы касания получаются по всей окружности статора и на небольшом участке поверхности ротора. Изгиб вала может быть вызван остаточной деформацией или же упругой деформацией вследствие большого натяжения ремня, поэтому следует проверить размер зазора и при снятом приводном ремне.
Измеренные величины зазора должны укладываться в пределы 0,9—1,1 среднего значения всех измерений.
Повышенная неравномерность зазора может стать причиной задевания ротора за статор вследствие упругой деформации вала под влиянием односторонней силы магнитного притяжения. Износ подшипников скольжения или повреждение подшипников качения может явиться причиной касания ротором статора при отключенном электродвигателе. Пуск электродвигателя в этом случае невозможен. Деформация магнитопровода статора или ротора наиболее вероятна у электродвигателей средней и большой мощности, у которых магнитопроводы собраны из отдельных кольцевых секторов.
Недостаточная жесткость конструктивных элементов крепления секторов может привести к нарушению формы магнитопровода и размеров зазора. Большая величина односторонней силы магнитного притяжения может быть вызвана нарушением электромагнитной симметрии электродвигателя вследствие коротких замыканий в обмотках или неправильным соединением обмоток. Признаком этой неисправности является значительное местное нагревание обмотки и повышенная интенсивность шума.

4.Износ контактных колец и щеток

Переход тока в скользящем контакте зависит от состояния и условий работы щеток и контактных колец. Литые кольца из бронзы и чугуна могут иметь поры, усадочные раковины, различную твердость и различную структуру материала. Кольца с указанными недостатками при трении о щетки изнашиваются неравномерно и на рабочей поверхности их образуются пятна, т.е. участки темного цвета с пониженной чистотой поверхности. Стальные и латунные кольца кованые или из прокатанной заготовки имеют улучшенную структуру материала и поверхность одинаковой чистоты. Если электродвигатель не работает продолжительное время, то на кольцах возникают пятна в местах соприкосновения со щетками вследствие электрохимических процессов.
Образование пятен происходит особенно интенсивно на стальных кольцах с электрографитированными щетками при влажном воздухе. Неодинаковая чистота поверхности участков кольца обусловливает различные условия трения и появление поперечных вибраций щетки, которые сопровождаются искрением. Электрическая цуга вызывает испарение металла кольца и дальнейшее разрушение его поверхности. Искрение под щетками может быть вызвано также периодическим нарушением контакта поперечными вибрациями электродвигателя или смещением геометрической оси колец с оси вращения ("биением" колец).
Последнюю неисправность легко выявить, если нажать изолированным стержнем на щетку: радиальные перемещения щетки с частотой вращения указывают на эксцентричное положение кольца.
Причина этой неисправности может быть следствием неумелой проточки кольца или ослабления крепления его на втулке. Масляная пленка на поверхности контактных колец, образующаяся при вытекании масла из подшипника, увеличивает переходное сопротивление скользящего контакта, поэтому рекомендуется периодически протирать кольца чистой тряпкой. Устранение пятен и эксцентриситета кольца достигается его проточкой с последующей шлифовкой. Предварительно следует убедиться в плотности посадки колец на валу. При механической обработке колец необходимо предохранить обмотку от попадания в нее стружек, а в случае если эта операция производится в подшипниках электродвигателя, необходимее также защитить подшипники от попадания в них металлической и абразивной пыли.
Для предупреждения образования пятен вследствие химических процессов при продолжительной остановке электродвигателя, а также при хранении на складе рекомендуется прокладывать между щетками и контактными кольцами электрокартон или другой изоляционный материал.
При нормальных условиях эксплуатации износ щеток значительно больше, чем износ колец, поэтому щетки являются сменными деталями электродвигателя, запас которых должен быть на складе. Искрение под щетками является признаком плохой работы скользящего контакта. Причины искрения связаны с описанными ранее повреждениями рабочей поверхности контактного кольца и с вибрацией электродвигателя, а также с плохим состоянием рабочей поверхности щеток, с недостатками выполнения и закрепления щеткодержателей.
Наиболее вероятной причиной искрения под вновь установленными щетками является плохая подгонка рабочей поверхности щетки, когда вследствие малой поверхности соприкосновения щетки с кольцом плотность тока в контакте становится очень большой и нарушается равномерное распределение тока между параллельно включенными щетками. Качество подгонки щетки проверяется при осмотре ее рабочей поверхности. Поверхность контакта должна быть гладкой и блестящей, а размеры ее должны быть наибольшими при выбранном поперечном сечении щетки. Шлифовку рабочей поверхности щетки производят стеклянной (не наждачной) бумагой. Для этого между кольцом и щеткой прокладывают полоску стеклянной бумаги шириной на 3-5 мм больше ширины щетки и протягивают ее по окружности кольца при нормальном положении щеткодержателя. Правильная кривизна поверхности получается, если полоска стеклянной бумаги плотно прилегает к кольцу, при выпрямлении полоски края щетки будут спилены и площадь контакта уменьшена. Ширина щетки должна быть меньше ширины кольца, а осевой зазор в подшипниках электродвигателя ограничен минимальной величиной. Если при износе щетки наблюдается образование выступающей кромки или заметны сколы на боковой грани щетки вследствие обламывания этой кромки, то следует проверить положение щетки относительно кольца и отрегулировать его таким образом, чтобы щетка в рабочем состоянии занимала среднюю часть ширины кольца и при возможных продольных смещениях ротора
(см. рис. 29, а), полностью соприкасалась с кольцом.
В асинхронных двигателях применяется два типа щеткодержателя: с рычагом для закрепления щетки и с направляющей обоймой для щетки. Первый тип шеткодержателя используется в электродвигателях небольшой мощности, когда по допускаемой плотности тока достаточна одна щетка на кольце, но для надежности работы скользящего контакта ставится не менее двух щеткодержателей со щетками.
Щеткодержатель второго типа занимает мало места по окружности кольца, и установка таких щеткодержателей в крупных электродвигателях позволяет разместить необходимое количество щеток. Пружина через рычаг щеткодержателя должна обеспечивать давление щетки на кольцо 1,5—2,5 Н/см² и сохранять это давление независимо от высоты щетки.
Рекомендуемое давление для различных марок щеток приведено в ГОСТ 2332-63, по этому давлению и площади контакта рассчитывается необходимая сила пружины. Износ щеток от трения уменьшается при уменьшении давления, однако при этом может возникнуть искрение вследствие нарушения контакта, вызванного вибрациями электродвигателя. Поэтому целесообразно устанавливать минимальное нажатие рычага на щетку, обеспечивающее надежный контакт. Проверка нажатия производится динамометром, прикрепленным к рычагу щеткодержателя (рис. 34).

Для получения правильных результатов динамометр следует прикреплять к середине щетки и направлять его по радиусу кольца. Под щетку целесообразно подложить полоску бумаги и постепенно увеличивать натяжение пружины динамометра. Отсчет по динамометру следует произвести в момент освобождения этой полоски. В щеткодержателе первого типа регулирование нажатия производится поворотом хомутика на пальце, после регулирования хомутик должен быть надежно закреплен стопорным винтом. Щеткодержатели второго типа имеют различные конструктивные решения для регулирования нажатия щетки на кольцо. Неравномерное распределение тока между щетками происходит вследствие плохого контакта в цепи щеткодержателей и токоподводов, неодинакового нажатия на щетки или применения щеток с различными характеристиками.
Для выявления этих неисправностей необходимо проверить все контакты токоподводов и измерить нажатие на щетки. Следует применять щетки только одной марки, по крайней мере на одном кольце. Нарушение контакта между щеткой и кольцом может быть вызвано неисправностью шарнирных соединений щеткодержателя, плохим закреплением его или тугой посадкой щетки в обойме. Поворот рычага щеткодержателя должен происходить плавно и при небольшом усилии. Перемещение конца рычага (с закрепленной щеткой) вдоль оси электродвигателя должно быть минимальным, чтобы сохранялся контакт щетки с кольцом по всей ее рабочей поверхности при возможных осевых смещениях ротора. Размеры щетки должны соответствовать размерам обоймы. При увеличенных размерах щетки затрудняется ее перемещение в обойме и рекомендуемое давление пружины щеткодержателя может оказаться недостаточным для создания надежного скользящего контакта. При уменьшенных размерах щетки возможно периодическое изменение положения ее в обойме и дробление контактной поверхности на несколько частей.
Для выявления этих недостатков необходимо проверить величину зазора между щеткой и щеткодержателем и состояние рабочей поверхности щетки. Величина зазора должна быть в пределах 0,2-0,3 мм, и рабочая поверхность щетки должна иметь одну непрерывную кривизну. При малом зазоре необходимо произвести шлифовку щетки, при этом следует обратить внимание на следы деформации - блестящую поверхность. При большом зазоре необходимо заменить щетку. Расстояние между обоймой и кольцом должно быть не более 2 мм. Внимательный уход и своевременное устранение замеченных неисправностей способствуют увеличению времени работы электродвигателя без капитального ремонта, уменьшению объема ремонта и в ряде случаев позволяет избежать аварий и вынужденного простоя оборудования.