Валы двигателей являются важнейшей частью каждого электродвигателя, сервопривода, шагового двигателя и промышленного насоса, используемых во многих передовых приложениях. Высокоскоростное вращение создает значительные вибрации даже при незначительном дисбалансе (в диапазоне микрон). Это может привести к преждевременному износу подшипников, отказу и, в конечном итоге, к сокращению срока службы узла двигателя. Falcon CNC Swiss объединяет множество производственных технологий (швейцарская обработка, токарно-винторезные изделия и собственная динамическая балансировка) для производства прецизионных валов двигателей с жесткими допусками, зеркальной обработкой поверхности и оптимальным распределением массы.
Как инженер-конструктор или технолог, вы понимаете, что вал двигателя — это не просто токарная деталь. Он служит для передачи крутящего момента от ротора к нагрузке, поддержки вращающихся масс и очень часто является базовой точкой для подшипников, шестерен и энкодеров привода. Если вал изготовлен плохо, это может привести к биению, вибрации, шуму и снижению ресурса двигателя. И наоборот, вал, обработанный с высокой точностью и хорошо сбалансированный, может работать на скоростях более 20 000 об/мин с очень малыми потерями энергии и увеличенным сроком службы подшипников.
Для производства валов двигателей оптимальным типом процесса являются токарные автоматы швейцарского типа (также известные как швейцарские винторезные станки) с диаметрами менее 32 мм и длиной до 300 мм. Процесс швейцарской обработки поддерживает обрабатываемую деталь непосредственно рядом с режущим инструментом с помощью направляющей втулки, что исключает возможность прогиба детали во время обработки и позволяет получить чрезвычайно концентричное соотношение диаметров, резьб и шлицев. В Falcon CNC Swiss мы можем обеспечить все аспекты изготовления валов двигателей на заказ: от прототипов до серийного производства прецизионных валов двигателей, предоставляя при этом интегрированные услуги по балансировке при высокоскоростном вращении.
Вал двигателя передает крутящий момент от ротора двигателя к любой нагрузке (например, вентилятору, насосу, редуктору или колесу), которую двигатель будет приводить в движение. Вал двигателя также поддерживает роторную сборку и обычно поддерживает или позиционирует подшипники, коллекторные диски (в двигателях постоянного тока) или диски энкодеров. Геометрия вала влияет на уровень динамических характеристик двигателя, уровень шума и срок его службы.
Типичные конструктивные разновидности валов двигателей включают:
| Тип вала | Ключевые особенности | Типичные применения |
|---|---|---|
| Прямой / цилиндрический вал | Равномерный диаметр, простая геометрия, низкая стоимость | Двигатели малой мощности, вентиляторы, насосы |
| Ступенчатые / конические валы двигателей | Несколько диаметров для посадочных мест подшипников, буртик для осевой фиксации | Серводвигатели, промышленные двигатели переменного тока |
| Валы двигателей со шпонкой | Шпоночный паз, прорезанный вдоль вала для надежной передачи крутящего момента | Тяжелые промышленные двигатели, конвейеры, мельницы |
| Производство валов со шлицами | Наружные или внутренние шлицы для высокомоментных, скользящих применений | Автомобильное рулевое управление, трансмиссии, внедорожная техника |
| Валы двигателей с двумя концами | Выступы на обоих концах ротора для двойной нагрузки или энкодеров | Серводвигатели, шаговые двигатели, компактные приводы |
| Полые валы двигателей | Пониженная инерция, возможность прокладки проводки или прохода охлаждающей жидкости | Шарниры роботов, шпиндельные двигатели, медицинские приборы |
Будучи производителем валов двигателей полного цикла, Falcon CNC Swiss выпускает все вышеперечисленные геометрии с использованием швейцарского точения, фрезерования и круглого шлифования – все в одной установке или с минимальными дополнительными операциями.
Высокоскоростная балансировка вращения выполняется для устранения неуравновешенных сил путем перераспределения массы вдоль оси вращения вала. Идеально обработанный вращающийся вал может иметь неуравновешенные силы из-за разницы в плотности между частями, отклонений в изготовлении деталей (например, прорезка пазов, обработка шлицев) и любых отверстий в поперечном сечении вращающегося вала. При все более высоких скоростях вращения (т.е. времени на один полный оборот вала) дисбаланс на валу будет вызывать квадратично возрастающие неуравновешенные силы из-за увеличения скорости смещения дисбаланса от его исходного положения. Например, если скорость вращения вала составляет 20 000 об/мин, дисбаланс силы на радиальном расстоянии 10 мм от центра вращения вала создаст результирующую реактивную силу примерно 44 Н (10 фунт-сил), что вызывает значительную вибрацию, отказ подшипников и слышимый шум в системе.
Классы балансировки определяются стандартом ISO 1940-1 (который заменил ISO 1940). Распространенные классы для валов двигателей:
| Класс балансировки по ISO | Типичное применение | Максимальный остаточный дисбаланс (e·ω) |
|---|---|---|
| G 16 | Общие промышленные машины, вентиляторы, насосы, малые электродвигатели | 16 мм/с |
| G 6.3 | Двигатели лучшего качества, шпиндели станков, среднескоростные приводы | 6.3 мм/с |
| G 2.5 | Высокоскоростные двигатели (сервоприводы, шпиндели), турбокомпрессоры, прецизионные шлифовальные станки | 2.5 мм/с |
| G 1 | Чрезвычайно высокая точность (гироскопы, стоматологические бормашины, аэрокосмическая промышленность) | 1 мм/с |
В рамках наших услуг по балансировке валов двигателей в Falcon CNC Swiss мы проводим испытания на балансировку на прецизионных (жесткоопорных) балансировочных станках после механической обработки и шлифования, чтобы гарантировать, что после балансировки валы достигнут класса G 2.5 или выше для высокоскоростных применений. Коррекция сбалансированного вала двигателя выполняется либо высверливанием или фрезерованием для удаления материала с вала, либо добавлением противовесов.
Нужен надежный поставщик валов двигателей OEM для новой конструкции серводвигателя или промышленного насоса? Поделитесь своим 2D-чертежом или 3D-моделью. Наши инженеры порекомендуют оптимальный материал, класс балансировки и производственный процесс в течение 24 часов. Получите бесплатный обзор DFM →
Выбор материала вала напрямую влияет на крутящий момент, износостойкость, долговечность в условиях окружающей среды и стоимость. Ниже приведены наиболее распространенные материалы, которые мы обрабатываем в Falcon CNC Swiss, а также их типичные применения.
Стандартные валы двигателей из нержавеющей стали изготавливаются из нержавеющей стали (303, 304, 316, 17-4 PH) и используются в: пищевой промышленности, медицинских приборах, морских и химических применениях. Марка 303 нержавеющей стали отлично поддается механической обработке, в то время как марка 316 обладает превосходной устойчивостью к соленой воде и кислотам по сравнению с другими марками нержавеющей стали. Материал из нержавеющей стали 17-4 PH (дисперсионно-твердеющий) достигает высокой (до 1100 МПа) прочности на разрыв после термообработки; поэтому они отлично подходят для высокомоментных применений. Станки Falcon CNC Swiss используют швейцарские токарные станки для обработки нержавеющей стали в сочетании со специализированным инструментом для предотвращения наклепа, достигая качества поверхности до Ra 0,2 мкм.
Производство валов из углеродистой стали обычно использует марки 1045, 1144 или 12L14. Для промышленных двигателей, насосов и конвейеров валы из углеродистой стали обычно изготавливаются из марок 1045 (среднеуглеродистая), 1144 (высокопрочная) или 12L14 (безсвинцовая). Углеродистая сталь очень легко обрабатывается и обладает отличной общей прочностью при очень экономичной цене. При этом валы из углеродистой стали должны быть защищены от влажных или коррозионных условий с помощью какого-либо вида поверхностной обработки (покраска, гальваническое покрытие или масло) для предотвращения коррозии. Для применений, требующих более высокой прочности, мы используем легированные стали 4140 или 4340, которые можно закаливать термообработкой или индукционным методом.
Валы двигателей из легированной стали, автомобильные трансмиссии и внедорожное оборудование используют валы двигателей из легированной стали (4140, 4340, 8620, 9310) из-за их превосходной прочности на разрыв (800–1200 МПа) и высокой усталостной стойкости. Цементованные марки (8620) имеют твердую внешнюю поверхность 58–62 HRC, но состоят из прочного основного материала, устойчивого к ударам.
Поверхности закаленных валов двигателей, контактирующие с внутренними кольцами подшипников, манжетными уплотнениями или шлицевыми муфтами, требуют закалки. На нашем предприятии вы можете выбрать либо сквозную закалку (полная твердость), либо индукционную закалку (закалка только поверхностей шеек и концов шлицев). В зависимости от вашего применения мы можем производить валы со средней твердостью 50–55 HRC для применений, требующих увеличенного срока службы, и для очень высокоцикловых применений (58–62 HRC). После закалки валы будут подвергнуты прецизионному шлифованию для обеспечения окончательного допуска диаметра ±0,005 мм или строже. Ознакомьтесь с нашими возможностями по производству штифтов и валов →
Валы двигателей с хромированным покрытием (твердое хромирование толщиной 10–25 мкм) обеспечивают низкое трение, высокую износостойкость и улучшенную защиту от коррозии с твердостью, эквивалентной диапазону 65–70 HRC. Процесс хромирования применяется для валов гидравлических двигателей, штоков поршней и компонентов линейных перемещений. Для обеспечения равномерного покрытия без наростов по краям или водородного охрупчивания мы тесно сотрудничаем с нашими сертифицированными партнерами по гальванике.
При производстве высокомоментных применений (шахтные конвейерные системы, ветрогенераторы) мы изготавливаем валы из материала 17-4 PH, Inconel 718 или Nitronic 60 для любых экстремальных нагрузок. Для коррозионностойких валов двигателей, используемых в агрессивных химических и/или морских средах, мы рекомендуем 316L, дуплекс 2205 или титан марки 2/5. Falcon CNC Swiss располагает обширным складским запасом материалов
Английский 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
русский 
العربية 
