Uhifadhi wa Sumaku ya Rota Yenye Kasi ya Juu ya Uso: Kwa Nini 'Kibandiko Kitaishikilia' Ndio Udanganyifu Hatari Zaidi.

Katika a motor yenye kasi ya juu ya sumaku ya kudumu inayofanya kazi kwa zaidi ya 20,000 rpm, kila sumaku kwenye pembezoni ya rota hupata nguvu ya centrifugal mara kadhaa ya uzito wake yenyewe. Ikiwa mbuni atachukua 'adhesive bora itashikilia,' matokeo yake mara nyingi ni kwamba wakati fulani katika kupima uimara wa safu ya wambiso hupasuka kimya kimya, sumaku huruka, na kusugua kwa rotor-stator, mizunguko fupi, na kutofaulu kwa mashine hufuata kwa mlolongo. Katika rotor yenye kasi ya juu ya uso,  wambiso sio njia ya msingi ya uhifadhi; ni kichezaji kisaidizi cha kuweka na kupunguza unyevu . Ni nini hasa huamua kama sumaku 'kuruka au la' ni mbinu ya uhandisi ya kiwango cha mfumo inayoenea kutoka kwa njia za upakiaji hadi maelezo ya muundo.

Nguvu ya Centrifugal na Upepo wa Sumaku: Ukinzani Usioepukika

Katika rotor iliyo na uso, sumaku za kudumu hukaa moja kwa moja kwenye uso wa nje wa rotor, na nguvu ya centrifugal inachukuliwa kabisa na sumaku wenyewe na muundo wa kubaki nje yao. Udhaifu mbaya wa NdFeB ya sintered ni kwamba ni ngumu na brittle-nguvu yake ya mkazo ni ya chini sana kuliko nguvu yake ya kukandamiza, na ni nyeti sana kwa kasoro za ndani, microcracks, na uharibifu wa mkusanyiko. Kwa umakini zaidi, mzigo wa centrifugal unakua na mraba wa kasi: kasi mara mbili, na mzigo unakuwa mara nne zaidi. Kwa rotor yenye kipenyo cha 40 mm inayoendesha kwa 30,000 rpm, kasi ya mstari wa uso ni kuhusu 62.8 m / s. Hili tayari ni hali ya kimuundo ambayo lazima ichukuliwe kwa uzito—sio hali inayoweza 'kudhibitiwa' kwa kutumia gundi pekee.

Data ya adhesive shear-nguvu kwenye joto la kawaida mara nyingi inaonekana ya kushangaza, lakini joto la ndani la rotor ya kasi inaweza kupanda hadi 150 ° C au hata zaidi wakati wa operesheni. Kwa joto kama hilo, moduli ya adhesives ya kawaida ya kimuundo hushuka kwa kasi, na safu ya wambiso chini ya shear ya muda mrefu ya centrifugal huingia kwenye njia ya uharibifu wa nyundo-kupasuka-debonding. Uzoefu wa uhandisi unaonyesha kuwa miundo inayotegemea gundi pekee inaweza kukimbia chini ya 10,000 rpm, lakini mara tu kizingiti cha 15,000 rpm kinapovuka, kuegemea kwa muda mrefu kwa safu ya wambiso inakuwa haikubaliki. Hii sio kwa sababu wambiso yenyewe ni 'mbaya,' lakini kwa sababu  wambiso umewekwa mahali ambapo haupaswi kubeba mzigo wa msingi..

Mkono wa Kubakiza: Kupitisha Fimbo ya Centrifugal-Load kwa Nyenzo za Nguvu ya Juu

Suluhisho kuu la kubakiza kwa rota zilizowekwa kwenye uso wa kasi ni kutoshea mkono wa kinga nje ya sumaku na kuweka upakiaji wa radial kwenye sumaku kupitia mkato wa kuingiliana, ili sumaku zisalie chini ya mkazo au mkazo unaodhibitiwa zikiwa zimesimama, kwa kasi ya juu katika hali ya baridi, na kwa kasi kubwa katika hali ya joto, badala ya 'vutwa kwa nguvu ya nje'. Msingi wa muundo wa sleeve sio 'kuongeza ganda,' lakini  uteuzi sahihi wa kuingiliwa : kuingiliwa kidogo sana, na shinikizo la mguso hushuka hadi sifuri kwa kasi ya juu, na kusababisha sumaku kujitenga na msingi wa rotor; kuingiliwa sana, na mkazo wa kitanzi cha sleeve mwenyewe unazidi kikomo chake, au mkazo mwingi wa kubana kwenye sumaku husababisha kuvunjika kwa ndani.

Katika uteuzi wa nyenzo za mikono, biashara kati ya misombo ya nyuzi za kaboni na aloi za chuma huamua moja kwa moja upotevu wa rota, kupanda kwa joto na mpaka wa msongamano wa nishati.

Kivutio cha mikono ya mchanganyiko wa nyuzi za kaboni iko katika  nguvu zake mahususi za juu sana  na msongamano wa chini. Wanaweza kufanywa nyembamba kuliko sleeves za chuma, kutoa nafasi zaidi kwa pengo la hewa na kusaidia kuboresha wiani wa nguvu. Lakini composites ni anisotropic; nguvu zao za hoop hutegemea uelekeo wa uzio wa nyuzi na ubora wa mchakato, na hali zao za kutofaulu huhusisha kuvunjika kwa nyuzi, mpasuko wa matriki, na kupunguka. Mantiki ya ukaguzi na kukubalika ni tofauti kabisa na ile ya sehemu za chuma. Ukweli mwingine unaopuuzwa mara nyingi ni kwamba  nyuzinyuzi za kaboni sio kizio . Sleeve ya CFRP hutoa hasara ya sasa ya eddy katika uga wa sumaku unaopishana, na hasara inategemea muundo wa mpangilio, hali ya mgusano wa nyuzi, na mfumo wa resini; haiwezi kurahisishwa kama 'hasara sifuri.' Ubadilishaji joto wa nyuzi za kaboni pia hutegemea mwelekeo, na njia ambayo joto ndani ya rota huhamishiwa nje ni ngumu zaidi kuliko kwa mkono wa chuma.

Faida za mikono ya chuma—aloi ya titanium, Inconel 718, chuma cha pua—ziko katika kuwa  isotropiki, kuwa na mshikamano bora wa joto, na kutoa usahihi wa hali ya kukomaa zaidi na uthabiti wa kundi . Aloi ya Titanium ina wiani wa wastani na uwiano mzuri kati ya nguvu na upinzani wa joto, na kuifanya kuwa maelewano ya kawaida katika rotors ya kasi ya juu; Inconel 718 ina nguvu bora zaidi ya halijoto ya juu, lakini pia msongamano wa juu na upotevu wa eddy-sasa. Gharama ya sleeve ya chuma ni conductivity yake ya juu ya umeme: harmonics ya stator yanayopangwa hushawishi mikondo ya eddy kwenye sleeve, na hasara hii imewekwa moja kwa moja kwenye mzigo wa joto wa rotor, ambayo kwa upande hubadilisha shinikizo la kuwasiliana na hali ya moto ya kuingilia kati. Katika miaka ya hivi karibuni, mwelekeo wa wazi umekuwa  muundo wa sleeve wa mchanganyiko : safu ya aloi ya titani ya nje hubeba mzigo mkuu wa hoop, wakati safu ya ndani ya kaboni-fiber au hasara ya chini inalingana na usambazaji wa mafuta. Kwa kulinganisha kwa motors 45 kW/45,000 rpm-class, kupanda kwa joto la rotor-upande wa sleeve ya mchanganyiko ilikuwa chini kuliko ile ya sleeve ya safu mbili za titani, kuonyesha wazo la 'kutatua tofauti nyingi katika tabaka.'

Komesha Uhifadhi: 'Ukuta Uliobakiza wa Mwisho' Umesahauliwa na Miundo yenye Wambiso

Hata kwa sleeve, ikiwa hakuna kizuizi cha mitambo katika mwelekeo wa axial, njia ya kushindwa iliyofichwa inabaki: chini ya vibration na baiskeli ya joto ya mzunguko wa kasi, sumaku zinaweza kupitia uhamiaji mdogo wa axial, hatua kwa hatua kuharibu safu ya wambiso na kuvaa nyuso za mawasiliano, na hatimaye kuzidisha usambazaji wa awali wa sleeve. Jukumu la muundo wa uhifadhi wa mwisho ni kuzuia njia hii kabisa.

Njia ya moja kwa moja ni kufunga  pete za kubakiza au sahani za mwisho  kwenye ncha zote za rotor ili kuzuia sumaku kwa axially. Katika miundo ya kompakt zaidi, hatua ya annular inaweza kutengenezwa mwishoni mwa msingi wa rotor, ili baada ya sumaku kuingizwa, uso wa hatua hutoa uhifadhi wa axial; vinginevyo, vibao vya shinikizo/vipengele vya kubakiza vinaweza kuwekwa kati ya sumaku zilizo karibu ili kutoa nafasi ya mduara na kizuizi cha axial. Kwa muundo wa rotor ya nje, tofauti ya urefu huundwa kati ya eneo la kuweka sumaku na eneo la kubaki kwenye ukuta wa ndani wa ngoma, na uso wa mwisho wa eneo la kuweka sumaku kawaida huwa mdomo wa kubaki wa axial. Mantiki ya kawaida ya miundo hii ni:  uhifadhi wa axial hautegemei safu ya wambiso, lakini hubeba moja kwa moja na vipengele vya chuma au composite . Uzoefu wa kwanza kutoka kwa Simo Forum pia unathibitisha hili-baada ya kuongeza midomo inayobakiza chuma cha pua kwenye ncha zote mbili za sumaku, mpango huo wa wambiso ulikamilisha mtihani wa kudumu wa saa 1,000 kwenye injini ya servo ya 20,000 rpm bila kulegea, ambapo hapo awali, wakati wa kutegemea gundi, sumaku ilitokea mara kwa mara.

Jukumu la Potting: Ushirikiano, lakini Sio Panacea

Ufinyanzi wa Epoxy mara nyingi hutumiwa kuunganisha sumaku nyingi katika kitengo cha mwaka, kupunguza hatari ya sumaku binafsi kujitenga au kuanguka. Kuweka chungu kunaweza kuboresha upunguzaji wa mtetemo, kufanya usambazaji wa mzigo kuwa sawa zaidi, na kwa kiasi fulani kutenga vyombo vya habari vya mazingira. Lakini pia ina mipaka iliyo wazi. Kupungua kwa uponyaji, utupu wa mabaki, na upitishaji wa joto wa resini ya chungu ni vikwazo vitatu vya uhandisi vinavyoweza kuepukika: voids huunda pointi dhaifu za ndani katika insulation ya umeme na upitishaji wa joto na kuwa maeneo ya kuanzisha nyufa chini ya mzigo wa centrifugal; ikiwa tiba ya exothermic na shrinkage hazidhibitiwi vizuri, mkazo wa mabaki unabaki ndani ya resin. Katika mapungufu madogo, usambazaji wa resin usio na usawa hupunguza moja kwa moja nguvu ya kurekebisha na, katika hali mbaya zaidi, inakuwa sababu ya kupunguzwa kwa sumaku. Jukumu linalofaa la kuchungia ni kama  kizuizi kisaidizi na mbinu ya ujumuishaji : inaweza kuboresha uthabiti wa mfumo na uimara pindi tu mshono na uhifadhi wa mwisho unapokuwa umeunda njia ya msingi ya upakiaji, lakini haipaswi kuchukuliwa kama suluhisho ambalo hubeba mzigo wa centrifugal kwa kujitegemea.

Kuegemea Mara nyingi Huamuliwa na Maelezo ya Mchakato

Mara tu mpango wa kimuundo umeamua, maelezo ya safu ya wambiso na mchakato wa kusanyiko huamua ikiwa muundo wa kinadharia unaweza kutekelezwa. Sheria ya uhandisi ambayo imethibitishwa mara kwa mara ni:  usiweke wambiso juu ya uso mzima wa nyuma wa sumaku . Kwa kutengeneza grooves ya kufurika ya wambiso kwa mpangilio wa 0.1 mm nyuma ya sumaku au uso wa msingi wa rotor, wambiso wa ziada hutolewa kando ya grooves wakati shinikizo linatumika, na kuruhusu hewa kutoroka pia. Kisha unene wa dhamana unaweza kudhibitiwa ndani ya safu inayoweza kudhibitiwa, kasoro tupu hupunguzwa kwa kiasi kikubwa, na eneo linalofaa la dhamana na uthabiti huboresha. Uchaguzi wa wambiso pia haupaswi kutegemea tu nguvu ya kukata joto ya chumba; adhesive iliyorekebishwa ya muundo wa epoksi ambayo inadumisha moduli ya kutosha ya kukatwa kwa 150 ° C ni mahitaji ya chini kwa ajili ya maombi ya rotor ya kasi.

Michakato ya kuunganisha sleeve pia inaendelea. Mikono ya jadi ya nyuzi za kaboni hutegemea kuingilia kati au kuweka baridi; kuweka ubaridi hutumia nitrojeni kimiminika kupoza shimoni au kuunganisha sumaku kwa ajili ya kuunganisha na imethibitishwa kuwa haina athari mbaya kwa utendaji wa sumaku au nguvu ya bondi. Mwelekeo mpya zaidi ni  sleeve ya polymer iliyoimarishwa ya kaboni-fiber-iliyoimarishwa kwa vyombo vya habari : mchakato wa wamiliki wa kufaa kwa vyombo vya habari huzalisha upakiaji wa juu kwa joto la kawaida bila wambiso na bila kuanzisha mkazo wa joto, na inafaa kwa rotors yenye kipenyo kutoka 30 hadi 300 mm, kutenganisha matumizi ya 'kuingilia' na 'kutegemea utegemezi'. Umuhimu wa michakato kama hii ni kwamba hupunguza uharibifu wa dhamana kwa mali wakati wa kuunganisha na kufanya upakiaji wa mapema wa sleeve kutabirika zaidi na kurudiwa.

Hitimisho

Mantiki ya msingi ya kuhifadhi sumaku katika rota zenye kasi ya juu zilizowekwa kwenye uso inaweza kufupishwa katika sentensi moja:  usiruhusu muunganisho wowote unaotegemea 'kushikamana' kubeba mzigo wa katikati ambao haukusudiwa kubeba . Sleeve hutoa upakiaji wa awali wa radial uliokokotolewa, muundo wa mwisho hufunga njia ya kutoka kwa uhamiaji wa axial, na chungu na gundi hufanya nafasi, unyevu, na ushirikiano katika maeneo yao sahihi, wakati uingiliaji, kulinganisha mafuta, kupoteza, na madirisha ya mchakato yanarudiwa mara kwa mara katika kiwango cha mfumo. Hakuna suluhisho la 'mara moja-na-kwa-wote' la kubakiza kwa rota za kasi ya juu—hukumu ya kihandisi pekee ambayo hujenga ulinzi wa tabaka kwenye njia ya upakiaji na kuheshimu tabia halisi ya nyenzo katika kila kiolesura.