モーターハウジングの故障分析: 根本原因、検出、予防

ポンプ OEM でのライン終了のならし試験中、わずか 90 分後に 22 kW モーターが過電流でドライブをトリップさせました。巻線とベアリングは良好でした。原因はモーターハウジングのヘアライン亀裂で、これによりステーターのボアが歪み、ローターが擦れ、巻線の温度が定格より 40 ℃上昇しました。その順序が理由です モーターハウジングの故障解析 ベアリング診断と同じ厳密さに値します。

モーターハウジングの故障解析では、ハウジングがその機能要件（同心軸受の位置合わせ、ステーターサポート、冷却剤の封じ込め、腐食保護）を満たさなくなった理由を体系的に特定します。目標は、次のバッチで材料の変更、公差の変更、または設置と操作の変更が必要かどうかを判断することです。

モーターハウジングの故障解析: 根本原因フレームワーク

実際のモーターハウジングの故障解析では、証拠を機械的負荷、材料劣化、製造品質の 3 つの領域に分けます。取り付け脚付近の疲労亀裂はもともと機械的なものですが、溶接の残留応力によって加速される可能性があるため、ほとんどの故障は一度に 2 つの領域に分かれます。

住宅の故障も修理の経済性を大きく左右します。ハウジングに亀裂が入った場合は、完全な取り外し、ステータの再取り付け、バランスの再調整が必要となり、多くの場合、新しいモーターの価格の 60 ～ 70% がかかります。部品を注文する前に根本原因を分析することは、90 ドルのハウジングを交換するか、4,000 ドルのステーターを廃棄するかの違いです。

モーターハウジングの故障モード: 証拠が示すもの

メーカーに返品されるほぼすべてのハウジングは、亀裂、歪み、腐食、冷却剤または水の浸入、接合部の緩みという 5 つの故障モードで説明されます。以下のグラフは、ポンプ、ファン、コンプレッサー、トラクション モーター フリート全体で観察された根本原因の相対頻度を示しています。

モーターハウジングの故障の背後にある機械的な根本原因

機械的故障は、ハウジングがベアリングの中心をステーターの穴と同心に保つことができなくなると始まります。固定速度モーターでは、共振が最も有害な原因となります。走行速度の高調波がハウジングの固有振動数と一致すると、数日以内にブラケットの根元または取り付け脚に亀裂が発生します。

機械ハウジングの故障は、予測可能なパターンに従います。

• カップリングの位置ずれとベルトの負荷により、フットとブラケットのセクションが疲労します。 0.1 mm のカップリング オフセットにより、足元での反力が約 2 倍になります。
• ローターのロックと繰り返しの始動トルクがベースに衝撃を与えます。足に取り付けられたフレームは足の半径の内側で亀裂が入り、フランジ付きフレームはボルトサークルで亀裂が入ります。
• 熱サイクルが繰り返されると、フレームと取り付けプレートが差動的に膨張し、熱の影響を受けるゾーンに溶接部に負荷がかかります。
• 片足の下に 0.05 mm のシムギャップを備えたソフトフットにより、ボルトを締めるとボアが目に見えて曲がります。

共振や衝撃に対する対策は、ベアリングのグレードを向上させることではなく、セクションを硬くし、ベースの溶接スロートを大きくすることです。

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モーターハウジング故障の材料および環境要因

腐食破壊は、ランダムな金属損失ではなく、形状に従います。最初の攻撃箇所は、塗装が傷ついている足裏、水が溜まっているシール溝、隙間腐食のあるボルト接合部、塩分が堆積している冷却フィンの付け根などです。

マテリアルの選択によりタイムラインが設定されます。

• 亜鉛メッキまたは塗装された炭素鋼は屋内でも使用できます。沿岸任務や洗浄任務では、コーティングは 12 ～ 18 か月以内に劣化します。
• 湿った空気中でアルミニウム製ハウジングをスチール製ブラケットにボルトで固定すると、ガルバニックカップルが形成されます。アルミニウムは界面で腐食します。
• 塩化物と熱サイクルにより、溶接熱影響部に応力腐食割れが発生します。亀裂からは健全な壁を通って冷却剤が漏れ出ます。
• 糸くず、ほこり、または磁鉄鉱が冷却フィンをブロックし、ハウジングの温度を上昇させ、シールの破損を加速させます。

私たちの 耐腐食性モーター設計のためのステンレス鋼モーターハウジングガイド 材料の完全な比較をカバーします。腐食環境での使用では、機械加工されたボア、シールシート、および取り付けインターフェイスを一緒に指定する必要があります。

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設計の不一致または製造上の欠陥: 問題の責任は誰にありますか?

設置するたびに筐体に亀裂が入るのは設計上の問題です。 10 回のうち 1 回のバッチでハウジングに亀裂が生じる場合は、プロセスに問題があります。この 2 つを混同すると、公差を超えていないコンポーネントに肉厚が追加されることになります。

インターフェースの故障は、取り付けフレームがハウジングを変形させたり、ボルトのパターンが動的荷重を分散できなかったり、脚の形状が被駆動機器と一致しない場合に発生します。足取り付けのモーター ハウジングは、このような場合に最も一般的な形状であり、最も文書化された故障マップがあります。

再設計では、同じボアとベース座標を持つスチールチューブハウジングが、外部エンベロープを変更することなく剛性を高めました。

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仕様段階でモーターハウジングの故障を防ぐ方法

ほとんどのハウジングの故障は、最初の部品が機械加工される前に存在することが特定されます。デューティポイント、コーティングシステム、または受け入れテストを省略した印刷は、製造業者とエンドユーザーにリスクを移転します。

• ロックされたローターのトルクと衝撃荷重に対する肉厚とグレードを確認する
• ロットごとに穴の振れと真円度のデータが必要
• 使用環境に合わせたコーティングシステムの選択
• 水冷ハウジングの圧力減衰テストを義務付ける
• 走行速度から固有周波数分離マージンを定義する
• 6 mm を超える壁の充填材、予熱、応力除去を指定する

よくある質問

モーターハウジングの故障の最も一般的な原因は何ですか?

共振、周期的なシャフト荷重、または衝撃現象による疲労亀裂が最も一般的な単一の原因であり、次に腐食による壁の薄化が続きます。野外集団では、ひび割れと腐食を合わせると、住宅関連のすべての除去の約半分を占めます。

ひび割れたモーターハウジングを修理して使用に戻すことはできますか?

炭素鋼ハウジングのベアリングジャーナルから離れた小さな亀裂は溶接できますが、熱影響部が新たな亀裂サイトになります。モーターハウジングの故障解析により、亀裂が応力に関連していることが判明した場合は、通常、修理後に故障を繰り返すよりも、より剛性の高いハウジングに交換する方がコストが低くなります。

モーターに損傷を与える前に、ハウジングの歪みをどのように検出しますか?

ハウジングをクランプしていない状態で穴の真円度とベアリングシートの振れを測定し、取り付けボルトを最大トルクで繰り返して測定します。 0.05 mm を超える変化は取り付けの歪みを示しており、組み立て前に修正する必要があります。

ステンレス鋼のモーターハウジングを指定する必要があるのはどのような場合ですか?

塗装された炭素鋼が 18 か月以内に破損する洗浄、沿岸、食品加工、および屋外ポンプの用途には 304 ステンレスを指定してください。ステンレスはすべての故障モードを排除するわけではありませんが、主要な根本原因である腐食を除去します。