利用 Abaqus FEA 提升 EV 连接器设计

电机会产生振动，这后来可能导致系统故障。监测电机振动并发现警告迹象，能让你和你的员工有足够的时间解决振动问题，并提前预防任何潜在的电机故障。为什么监测振动很重要 振动似乎没什么大不了的，但电机振动也可能导致更严重的损坏。所有电机都有一定程度的振动。然而，当运动停止或变得更加剧烈时，工程师就需要做出报告。首先，实施观察每个电机振动的计划，以帮助及早发现任何问题。您甚至可以参考电机振动图表以供进一步参考。计算出的振动趋势将为您提供电机故障的预警信号。了解设备内部发生的情况将允许有足够的时间实施纠正措施。磨损电动机的最典型原因之一是振动，这通常是由电动机的不平衡引起的。虽然许多人将振动与噪音混淆，但噪音是运动的副产品。尽管它们是因果关系，但振动和噪音是两种不同的事物。当电动机在标准运行条件下工作时，1 kHz 是振动与噪音的分界线 。振动等于 1 kHz 或以下的测量值，而任何更高的都是噪音。由于振动会导致电动机损坏，因此必须立即找到振动的源头并纠正故障。简单，对吧？这并不总是像你希望的那样简单。有时，振动总幅值与其他设备相比较低。这意味着由内部缺陷形成的脉动要么未被检测到，要么不被认为是严重的故障。判断振动是否微不足道，关键在于它是否随着时间的推移经常引发问题，而不是构成即时威胁。波动会在后期影响机器的性能，因此电机性能的降低在当时不被视为重大问题。但不要忽视——现在纠正小问题对您的企业有利，这样您就不会在后期面临更大的问题。先进技术，如监测和检测工具，支持使用电动设备运营的行业。它们可以帮助您的工程师隔离振动问题，并做出必要的纠正以保持关键任务的领先。技术还可以定位导致振动的外部条件，如电机安装不当、轴不对中安装以及连接机械和其他外部因素造成的干扰。如何测量电机振动想要监测振动的设施管理人员可以使用多种设备形式：传感器标签振动记录仪轴卡顿振动计接近探头振动数据记录仪加速度计振动测量系统贵公司可以依靠先进技术进行精确测量和数据采集，帮助工程师确定电机过度的振动水平。然而，不同的计算需要特定的工具来确保精确读数。轴和机壳振动 如果振动来自电机机架，分析机壳振动数据。如果问题出在转子，收集轴振动信息。两者使用不同的测量工具。前者使用加速度计，后者使用接近探头或轴棒。接近探头根据参考点确定轴的振动数据，而轴棒则涉及将连接到杆上的手持加速度计放置在轴的旋转表面上。在计算机壳振动水平时，务必使用参考点。计算正确的测量方向在分析机壳振动时，需要在三个平面进行测量——轴向、水平面和垂直面，而轴振动则需要在两个方向进行测量—— 在电机一端相隔 90 度 。如果手头的发动机已经配备了接近探头，请将它们放置在相对于上部垂直中心的两侧 45 度角位置。你可以通过多种方式测量振动，例如计算位移、速度或加速度单位。位移数据突出显示低频。速度信息对所有频率给予同等重视，而加速度详细信息则突出显示高频。轴振动与位移单位相辅相成，而机壳振动则使用速度单位。确定不同运行条件的影响 当您的工程师获取振动数据时，请注意噪声、幅值调制和组合信号等其他因素可能会影响信息。在您计算数据后，找出哪些运行条件会导致电机振动增加、减少或保持不变。不同的设置会影响振动的量。在常规条件下，应将耦合、负载、稳定和全电压的机器作为控制变量。可测量的运行条件，可以分离特定变量，包括：联轴、空载和全电压： 可以消除大部分与负载相关的振动。 解耦、空载和全电压： 消除联轴器和机械负载的影响，将基础系统与计算隔离开。 解耦、空载和降低电压： 减少磁拉力的影响，在依赖维修车间时可能产生 25% 的电压降低 。如果你有一个星三角连接的电机，"星"连接的电压是"三角"连接的 57%。比较这两种连接的振动可以说明电机的电压敏感性。 解耦、空载和滑行减速： 显示电机系统中的共振或临界速度问题。 电动马达振动的主要原因 归根结底，需要理解的是一种条件或多种因素的结合可能导致电机振动——而且并不总是容易找到罪魁祸首。这一点尤其真实，因为不规则性可能来自辅助设备，而不仅仅源于设备本身。电机振动的最主要原因包括但不限于电子或机械不平衡、故障的齿轮、失效的轴承、松动的基座、磨损或错位。不平衡 ：不平衡就像电机旋转部件中的一个重点。当不平衡的重量围绕轴移动时，振动开始出现，并且会出现离心力。离心力是径向向外的不均匀重量分布。不平衡可能由机械缺陷引起，如铸造缺陷、加工误差，或维护问题，如脏污的扇叶或缺少平衡重量。随着电机转速的增加，不平衡也会增加，从而开始减少电机和轴承的使用寿命。 齿轮不对中： 电机齿轮通常因为它们啮合在一起而产生振动，但不是负面的，直到它们不对中。当齿轮齿开始失去接触或变得断裂和磨损时，它们会相互摩擦，产生危险的振动。脆性引线也可能在集电环或换向器处引起刷子火花。 轴承故障： 松动的轴承是其他电机故障的起点。当轴承开始松动时，振动会传播到其他部件。如果没有适当的轴承润滑，部件会快速磨损。波动甚至会在轴承滚道或球间距处产生凹陷。 基础松动： 当电机没有牢固地安装在支架上时，振动会对其轴承造成更大的损害。不正确的安装会导致支架和其他电机部件的磨损和疲劳。如果没有人检查螺栓的基础，电机绝缘材料的机械损伤可能会发生，导致材料被侵蚀、剥落或断裂。 磨损和损耗： 电机滚珠或球轴承、齿轮或驱动带的一般磨损会导致振动。当滚珠轴承的滚道变得凹凸不平时，每次轴承经过这些凹坑区域都会产生运动。齿轮齿的破损或驱动带的老化也会产生振动。 基础不对中： 当机器的轴不对中时，会发生两件事。角度不对中是指电机上的轴和泵不平行。平行不对中是指轴平行但不对中。这两种情况都可能随时间发展或因装配不当而产生。如果不对中是逐渐发生的，那可能是因为部件移位、重新装配故障或热膨胀，导致径向或轴向振动。 振动的潜在原因可能不止一种，因此您和您的团队必须坚持执行监测计划。当您的操作人员能够识别各种机器的变化时，将使维修过程更加容易，有助于保持业务的正常运转。要注意振动也可能来自外部来源，无论是其他电机、机器还是连接到您设备的单元。虽然振动可能源于外部因素，但仍需勤勉地检查电机振动的内部来源。如何进行振动故障排除隔离电机振动和其他潜在问题的原因可能很繁琐，但并非不可能。虽然某些程序依赖于先进的技术和程序来确定解决方案，但您的企业可以依赖简单的技术来发现振动并进行维修。先从员工能在短时间内回答的问题开始询问。如果电机振动仍然存在，则进入故障排除过程，以确定安装、基础、转子临界速度、固有频率以及电机轴和联轴器半性能。在排错前需要询问和考虑的问题 因为振动电机可能是多种原因造成的，你和你的操作员应该从一些简单的问题开始，以缩小问题来源：螺栓是否拧紧？是否存在“软脚”现象？热态对中是否令人满意？使用热补偿检查进行冷电机对准怎么样？电机是否有任何部分振动过度？电机上是否有任何振动部件与电机发生共振？电机机架的振动是否比发动机更高？电机轴上是否有任何松动的部件？有任何磨损或断裂的扇叶吗？联轴器的润滑是否达标？通过松开穿过电机安装脚的紧固螺栓来检查软脚问题。每个螺栓应展示出相对于指示表显示的安装脚小于 0.001 英寸的垂直运动 。如果超过 0.001 英寸，安装垫片应能消除问题。两极电机最受电磁力影响。垫片的目的是解决软脚问题，并帮助调整机器的对准。您希望它们尽可能覆盖更多的脚表面，材料越厚越好。垫片太小无法支撑电机，而过多则可能产生振动问题，称为海绵脚。海绵脚是指安装脚变得有弹性且刚性不足。如果电机框架的振动超过 25%，可能与电机基础薄弱有关。如果在上文提出的 10 个问题之后振动仍然存在，应进行振动故障排除分析以找到确切来源。解决电机振动应采取的措施第一步是隔离振动的起因。通过使用振动分析工具和先进软件，您的公司可以检测机械和电气电机不平衡、不当对齐和其他因素，以便更快地解决振动问题。但即使工程师重新平衡电机，残余不平衡仍然存在。制造商通常将机器平衡到正常等级，但在适当的情况下，他们也可以构建减少和特殊类别。电动机可以进行动态或静态平衡，这意味着您的团队需要使用不同的方法来检测当前的振动平衡。例如，如果处理转子，请使用动态策略。以下是调整和微调振动电机的方法。电机安装故障排除 电机安装对振动的影响可能比人们想象的要大。以下是一个快速流程，用于消除各种可能性，以找到振动的来源：检查电机轴的安装情况： 确保电机水平、对齐并固定在基础上。安装不当可能导致危险的振动。对齐不当还会在电机上形成不必要的额外机械负载，导致能耗增加和寿命缩短。如果存在安装不均的情况，使用垫片将其调平，并使用尺寸正确且拧紧牢固的螺栓。轴是否未对齐？使用激光对准工具进行校正以获得最佳精度。 断开电机： 如果既不是安装不均也不是轴未对齐的问题，那么断开电机。如果运行平稳，工作人员可以判断故障源在从动设备。通过使用减振器（如弹性联轴器）将发动机与从动源隔离。 切断电源： 如果将电机从负载中移除后振动仍然持续，切断电源。切断电源可能会使振动停止。如果是这样，那么问题在于电气电机不平衡。如果机器在减速至停止时仍然有脉动，那么可能存在机械不平衡。 电气不平衡通常与电机组件的缺陷有关，如环、转子绕组和定子——甚至可能是定子和转子之间不规则磁吸力。在不规则吸引下，电机轴在旋转时开始偏斜，形成机械不平衡。排除机器基础故障 电机的安装和基础与振动量相关。设备的基座在振动水平中起着关键作用，并与安装工作密切相关。尽量采用大而坚固的基座，因为它的活动性较低——这意味着它可以减少背景振动，并相对于薄弱选项最小化系统的整体运动。然而，在某些情况下，由于空间有限或预算不足，可能无法安装大型基础。许多公司会采用不稳定的基座，但这会导致振动问题加剧。务必从一开始就采用正确的方法，通过良好的基础施工来限制维修。您的工人们是否怀疑基础是振动的起因？使用冲击测试检查脚部和背景运动水平。柔性且活跃的基础允许更多运动和振动传递到电机。相比之下，刚性基座限制了到达机器的振动量，从而阻止了振动传递。故障排除和确定转子临界速度 如果电机转子临界速度存在问题，通常只有在使用两极或四极电机时才会成为问题。要确定转子临界速度，您的团队应在存在高水平的单次轴速振幅时，计算非接触式轴探头的测量数据。记录数据，如 1 x RMP 振动幅值以及相位角，当电机处于空载转速直至轴停止旋转时。以 10 RMP 为增量记录数据，并在极坐标网格中绘制。对于单设置电机，转子临界转速不应在 15%的运行速度范围内，这是行业标准。您的员工还可以使用滑行测试来查看过度振动是否源于机械或电气故障。记录当前振动水平，然后关闭设备的电源。如果振动下降或停止，您可以判断这是电气问题。故障排除自然频率如果自然频率与电机的强迫频率一致，则可能成为问题。当机器在一个轴上的振动高于另一个轴时，可能会引发问题。贵公司计算自然频率的最佳方法是使用双通道冲击测试。 使用模态锤和振动传感器，您可以确定电机的频率响应函数和相位数据。相位数据通过比较振幅和相位偏移，帮助工程师判断是否存在固有频率。故障排除电机轴和联轴器半部分电机中的机械不平衡可能源于联轴器轮毂中键的切割不当。正确的键安装方式是在联轴器轮毂的支撑位置使用全键，然后过渡到半键。使用不过渡的全键可能会产生机械不平衡。虽然振动源看似无穷无尽，但进行几项关键检查可以降低风险并提高电机可靠性。花时间解决任何过度的振动水平，可以在未来保障您的生产线 ，并确保您的运营顺利进行。来源：ABAQUS仿真世界