Электродвигатели с двумя концами вала: зачем они нужны и как устроены

Обычный электродвигатель передаёт механическую мощность через один рабочий конец вала. Однако в некоторых приводах вращение необходимо передавать на оборудование, расположенное с обеих сторон двигателя: например, на два механизма или на основной механизм и датчик скорости. Для таких задач применяют электродвигатели с двумя концами вала.

В каталогах их также могут называть двухвальными двигателями, двигателями с двусторонним валом или двигателями с валом на две стороны. Технически точнее говорить об одном вале ротора с двумя выступающими концами.

Как устроен электродвигатель с двумя концами вала

У такого двигателя вал ротора выступает из корпуса с обеих сторон. Один конец обычно соединяют с основным приводным механизмом, а второй в зависимости от конструкции оборудования используют для подключения:

• муфты;

• шкива;

• звёздочки;

• второго приводного механизма;

• тахогенератора;

• энкодера или датчика скорости;

• специального сервисного приспособления, если оно предусмотрено изготовителем.

Главное отличие от стандартного исполнения — наличие двух выступающих концов вала. Конструкция неприводной стороны, подшипникового щита, вентилятора и защитного кожуха зависит от серии двигателя.

Двухвальное исполнение должно быть предусмотрено заводом-изготовителем. Самостоятельно удлинять вал обычного двигателя, снимать вентилятор или изменять конструкцию подшипникового щита нельзя: это может нарушить центровку ротора, охлаждение и допустимое распределение нагрузок.

Что означают IM1002, IM1082, IM2002 и IM2082

Обозначение IM характеризует конструктивное исполнение и способ монтажа электрической машины. Последняя цифра 2 указывает на наличие двух цилиндрических концов вала.

Основные варианты:

• IM1002 — двигатель на лапах с двумя цилиндрическими концами вала, предназначенный для определённого горизонтального рабочего положения;

• IM1082 — двигатель на лапах с двумя цилиндрическими концами вала, допускающий предусмотренные изготовителем различные направления конца вала;

• IM2002 — двигатель на лапах и с фланцем, имеющий два цилиндрических конца вала и предназначенный для определённого горизонтального рабочего положения;

• IM2082 — двигатель на лапах и с фланцем, имеющий два цилиндрических конца вала и допускающий предусмотренные изготовителем варианты положения при эксплуатации.

Цифра 8 не означает уменьшенный диаметр дополнительного конца вала. Она относится к допустимому положению электрической машины. Возможность вертикальной или наклонной установки конкретного двигателя необходимо подтверждать по документации производителя.

Код IM также не показывает, одинаковы ли размеры двух концов вала. У конкретного двигателя они могут различаться по диаметру, длине и размеру шпоночного паза. Все размеры необходимо проверять по габаритному чертежу или паспорту модели.

Где применяют электродвигатели с двумя концами вала

Привод двух механизмов

Два конца вала позволяют подключить к одному двигателю механизмы, расположенные с разных сторон. Такое решение встречается в транспортном, производственном и вспомогательном оборудовании.

Номинальная мощность при этом не удваивается. Суммарная механическая мощность, передаваемая через оба конца вала, не должна превышать номинальную мощность двигателя. Распределение крутящего момента между концами, а также допустимые радиальные и осевые нагрузки необходимо проверять по документации изготовителя.

При одновременном приводе двух механизмов учитывают не только установившуюся нагрузку, но и:

• суммарный момент инерции;

• требуемый пусковой момент;

• продолжительность разгона;

• характер нагрузки каждого механизма;

• возможные перегрузки при остановке или заклинивании одного из узлов.

Если один механизм заклинит, нагрузка может передаваться через вал на двигатель и второй подключённый узел. Поэтому схема привода должна предусматривать соответствующую защиту.

Рольганги и роликовые конвейеры

Двигатели с двумя концами вала применяют в отдельных конструкциях рольгангов и роликовых конвейеров, когда элементы передачи располагаются с обеих сторон двигателя.

В зависимости от устройства линии вращение может передаваться через:

• муфты;

• цепи и звёздочки;

• редукторы;

• карданные валы;

• другие элементы механической передачи.

Наличие двух концов вала само по себе не означает, что двигатель подходит для любого рольганга. Необходимо учитывать схему линии, режим работы, требуемый момент, частоту пусков и торможений, температуру окружающей среды и допустимые нагрузки на вал.

Установка датчика скорости

На один из концов вала можно установить тахогенератор, энкодер или другой датчик вращения. Такие устройства формируют сигнал обратной связи для системы управления и позволяют контролировать:

• частоту и направление вращения;

• положение вала;

• скорость разгона и торможения;

• остановку механизма;

• возможное проскальзывание привода.

Перед установкой датчика проверяют диаметр и длину конца вала, способ крепления прибора, соосность соединения и допустимую нагрузку на подшипниковый узел.

Наличие двух концов вала не гарантирует совместимость двигателя с любым датчиком. Может потребоваться специальная муфта, переходная втулка, кронштейн или защитный кожух.

Использование при техническом обслуживании

В отдельных установках дополнительный конец вала может использоваться при наладке и техническом обслуживании. Это допускается только в том случае, если такая операция предусмотрена конструкцией оборудования и инструкцией изготовителя.

Перед выполнением работ двигатель необходимо отключить, проверить отсутствие напряжения и защитить от случайного включения. Съёмные приспособления нельзя оставлять на валу во время работы оборудования.

Как выбрать двигатель с двумя концами вала

При подборе учитывают не только мощность, напряжение и частоту вращения, но и характеристики обоих концов вала, способ крепления и допустимые механические нагрузки.

Размеры концов вала

Для каждого конца необходимо проверить:

• диаметр;

• рабочую длину;

• размер шпонки;

• размеры шпоночного паза;

• форму посадочной поверхности;

• допустимый передаваемый момент.

Определять размеры только по обозначению IM нельзя. Они должны быть указаны на чертеже конкретного двигателя.

Если два конца имеют разные размеры, основным обычно считается конец большего диаметра. Однако назначение каждого конца и возможность передачи через него требуемого момента необходимо подтверждать по документации производителя.

Допустимый момент и мощность

Если к двигателю подключают два механизма, рассчитывают их суммарную потребляемую мощность и требуемый крутящий момент.

Например, двигатель мощностью 15 кВт не может постоянно передавать по 15 кВт через каждый конец. Суммарная полезная мощность двух приводимых механизмов с учётом потерь и режима работы должна оставаться в пределах возможностей двигателя.

При этом конкретный конец вала может иметь собственное ограничение по передаваемому моменту. Поэтому недостаточно проверить только общую номинальную мощность.

Радиальные и осевые нагрузки

Шкивы, звёздочки и другие элементы передачи создают нагрузку на вал и подшипники. При подборе необходимо учитывать:

• усилие натяжения ремней или цепей;

• диаметр шкива или звёздочки;

• частоту вращения;

• массу установленного элемента;

• расстояние от элемента передачи до подшипникового щита;

• направление действия нагрузки.

Чем дальше шкив или звёздочка расположены от подшипника, тем больше изгибающий момент на валу.

Осевые усилия могут возникать из-за конструкции присоединённого оборудования, температурных перемещений или неправильной центровки. Правильно установленная компенсирующая муфта не должна создавать значительную постоянную осевую нагрузку.

Способ крепления

Для установки на раму или фундаментную плиту применяют двигатели на лапах — IM1002 или IM1082.

Если требуется дополнительное присоединение к корпусу редуктора, насоса или другого оборудования, используют комбинированные исполнения IM2002 или IM2082 — лапы и фланец.

При подборе фланцевого исполнения проверяют:

• наружный диаметр фланца;

• тип фланца;

• диаметр центрирующего бурта;

• расположение и диаметр крепёжных отверстий;

• доступность отверстий с обратной стороны;

• сторону расположения фланца;

• совместимость с присоединяемым оборудованием.

Наличие фланца не отменяет лапы: IM2002 и IM2082 относятся к комбинированным исполнениям.

Положение при эксплуатации

IM1002 и IM2002 предназначены для определённого горизонтального рабочего положения. Исполнения IM1082 и IM2082 допускают предусмотренные изготовителем различные направления конца вала.

Однако это не означает, что любой двигатель IM1082 или IM2082 можно без проверки установить вертикально или под наклоном. При изменении рабочего положения могут потребоваться:

• подшипники другого исполнения;

• изменение схемы смазки;

• другое расположение дренажных отверстий;

• специальная конструкция вентилятора;

• защита от попадания посторонних предметов;

• дополнительные опорные элементы.

Допустимое рабочее положение необходимо проверять по паспорту двигателя.

Условия эксплуатации

Степень защиты и климатическое исполнение выбирают с учётом места установки:

• сухое производственное помещение;

• запылённый цех;

• влажная среда;

• наружная установка;

• повышенная или пониженная температура;

• воздействие технологической пыли и брызг.

Также проверяют класс изоляции, режим работы, способ охлаждения, допустимую температуру окружающего воздуха и расположение коробки выводов.

Можно ли одновременно подключить два механизма

Подключить два механизма можно, если такая схема предусмотрена проектом привода и выполнен расчёт нагрузки.

Необходимо проверить:

1. Суммарную механическую мощность двух механизмов.

2. Крутящий момент, передаваемый через каждый конец.

3. Суммарный момент инерции и продолжительность разгона.

4. Допустимые радиальные и осевые нагрузки.

5. Режим работы и частоту включений.

6. Возможные перегрузки при остановке одного из механизмов.

7. Наличие защитных муфт или других средств защиты привода.

Простого совпадения мощности двигателя с суммарной мощностью механизмов может быть недостаточно. Некоторые машины требуют повышенного пускового момента или создают ударные нагрузки.

Можно ли установить шкив на второй конец

Установка шкива возможна, если его посадочные размеры и шпоночное соединение соответствуют валу, а создаваемая ремённой передачей радиальная нагрузка не превышает допустимое значение.

При подборе учитывают:

• диаметр и ширину шкива;

• количество и тип ремней;

• натяжение ремней;

• передаваемый момент;

• частоту вращения;

• расстояние от шкива до подшипникового щита.

Допустимую радиальную нагрузку необходимо проверять по документации производителя. Слишком сильное натяжение ремней может привести к перегреву и преждевременному износу подшипников.

Можно ли заменить обычный двигатель двухвальным

Двигатель с двумя концами вала можно установить вместо двигателя с одним выступающим концом, но одного совпадения мощности и высоты оси вращения недостаточно.

Перед заменой необходимо проверить:

• монтажное исполнение;

• размеры лап и фланца;

• диаметр и длину рабочего конца вала;

• общую длину двигателя;

• наличие места для второго конца;

• расположение вентилятора и защитного кожуха;

• расположение коробки выводов;

• возможность подключения кабеля;

• допустимые механические нагрузки;

• рабочее положение двигателя;

• условия охлаждения.

Если второй конец не используется, его необходимо закрыть неподвижным защитным кожухом. Кожух не должен соприкасаться с валом, препятствовать его вращению или нарушать охлаждение двигателя.

Часто задаваемые вопросы

Чем двигатель с двумя концами вала отличается от обычного?

Его вал ротора выступает из корпуса с обеих сторон. Это позволяет подключить второй механизм, элемент передачи или измерительное устройство.

Можно ли называть такой двигатель двухвальным?

Такое название встречается в каталогах и поисковых запросах, но технически у двигателя один вал ротора с двумя выступающими концами. Поэтому более точное название — электродвигатель с двумя концами вала.

Одинаковы ли диаметры двух концов вала?

Не обязательно. Код IM указывает на количество и форму концов вала, но не определяет их размеры. Диаметр, длину и шпоночный паз каждого конца необходимо проверять по чертежу конкретной модели.

В чём разница между IM1002 и IM1082?

Оба исполнения имеют лапы и два цилиндрических конца вала. IM1002 предназначен для определённого горизонтального положения, а IM1082 допускает предусмотренные изготовителем различные направления конца вала. Разница не связана с диаметром второго конца.

В чём разница между IM2002 и IM2082?

Оба исполнения имеют лапы, фланец и два цилиндрических конца вала. Различие связано с допустимыми положениями при эксплуатации, а не с размерами дополнительного конца.

Можно ли снимать номинальную мощность с каждого конца?

Нет. Номинальная мощность относится к двигателю в целом. Суммарная механическая мощность, передаваемая через оба конца, не должна превышать возможности двигателя. Дополнительно учитывают ограничение по моменту для каждого конца.

Нужно ли закрывать неиспользуемый конец вала?

Да. Вращающийся конец должен быть закрыт неподвижным защитным кожухом, исключающим случайный контакт.

Выбрать модели по мощности, частоте вращения, монтажному исполнению и другим характеристикам можно в каталоге «Электродвигатели с двумя концами вала».