玩转电机轴承结构设计——轴承设计“8不要”保电机安全运行

轴承及与之相关的零部件,如端盖、轴承套、轴承内外盖、挡油盘等组合在一起称之为“轴承结构”,并非狭义的轴承本身的结构。

轴承在电机中的作用:

支撑转子
转子定位
保证气隙大小均匀
减小摩擦,降低损耗

中小型电机中,深沟球轴承最常用。

深沟球轴承的结构:

外圈、内圈、保持架、滚动体、防尘盖(密封盖)

深沟球轴承的优势:
优良的轴向和径向承载能力,使之成为中小型电机的首选
可以通过波形垫圈施加预负载,使电机运行更加安静、可靠
不同的密封方式适应不同的需要
使用宽温油脂,可以运行与更宽广的温度范围

轴承设计需要考虑的以下问题:

·尺寸 ·负荷大小方向 ·转速 ·定速、变速、高速 ·轴及轴承座材料 ·负载驱动方式 ·电机安装方式 ·噪音要求 ·温度 ·要求轴承寿命 ·润滑 ·维护 ·状态监测
制造类:制造可行性、精度、运输、安装工具

轴承设计主要包括两部分工作:轴承选型、轴承结构设计。轴承选型,机械设计手册和大厂的轴承手册都有详细方法。轴承结构设计针对不同类型的电机差异很大,轴承又是一个易损部件,电机机械部分的故障大部分集中在轴承处。暂时没能力系统完整的阐述电机轴承结构设计,但是对于采用滚动轴承的电机,在其轴承结构的设计中可以做到以下的“八不要”,提升电机安全运行的可靠性!

(1)不要使轴承受到挤压

滚珠或滚子在滚道中能轻松自如地旋转,是因为它们与轴承内、外套间有游隙存在。若轴承套受到挤压,游隙就会变小,因为轴承游隙的数值很小,所以对游隙的变化很敏感。因此,轴承最怕受到挤压。在轴承诸多的损坏原因中,挤压居首位。

( 2) 不要使轴承过热

要想使轴承不过热,除轴承处的散热状况好,减少本身的发热外,还要尽量让它远离热源
—定、转子绕组。

①改善轴承处的通风散热状况
通风散热结构及路径应考虑轴承处的冷却;带有内循环通风的电机,应使经过热交换被冷却
的内循环气流,优先考虑吹拂到轴伸端的轴承; 与轴承配合的零部件尽量加些散热筋; 安装尺寸允许时,外风路的气流在逸散到电机周围之前,可以借助挡风板先吹拂到轴伸端的轴承外盖处再逸散到周围。
②尽量不要采用“三轴承”结构,
“三轴承”结构有两个缺点: 容易发热; 不便拆装。因此,尽量不用。
③润滑脂的质量、牌号及加注量
a. 选用润滑脂时要用优质品,
不要嫌贵。否则会因小失大( 涂到轴承上的并不多,见 c) 。
b. 润滑脂的牌号要能胜任电机的转速及使用环境。
c. 加脂量要适当。
④其他
a. 皮带轮张力过大时应调节到合适的状态;
b. 若轴承游隙小,必要时更换大游隙轴承;
c. 加强监控,在轴承室较热的部位埋入热敏元件,用继电保护系统将温度控制在某一值上
( 不超过 70℃ ~ 75℃为宜) 。
d. 轴承受挤压和别劲也是发热的隐患,应及早排除。

( 3) 不要别劲

要保证使用中轴承不别劲,应注意以下 3 点( 其中①、③与加工的关系较密切) :
①与轴承有关的零部件的同轴度要保证电机装成后,两端轴承必须在同一条轴线上。这就要求转子或转轴、端盖、轴承套、机座在加工时要精心,同轴度务必保证。其中轴承套这个零
件,从保证同轴度着眼,能不用最好不用。因为有它时,轴承先装入轴承套,轴承套再装入端盖中,多一道径向配合的尺寸链,对于保证同轴度来说,显然不如将轴承直接装入端盖中好。
②轴承距 l不宜太大。
L尽量遵循 L < 10d,式中,d—轴承内径mm。
若设计时,保证不了上式,应设法使 l 小一点。同时采取些补救措施。如: 提高转子刚度( 铁心与转轴采用热套配合) ; 提高动平衡精度。
③使用中机座不要变形
较大的铸铁机座及钢板焊接机座,时效必须到位。尤其是形状不对称,结构上又比较“单薄”的焊接机座,在时效上决不可含糊,否则后患无穷。

( 4) 不要“干研”

“干研”指轴承滚道中无润滑脂( 油) 。电机出厂或修后重新组装时,加注润滑时都比较“慷慨”,不敢慢怠轴承。虽然有些偶然原因,如现场工人没及时加润滑脂,招致轴承干研,但主要原因是以下两个。
①润滑脂牌号不能满足使用要求

润滑脂对于转速、温度比较敏感。应按照不同的使用状况选用不同牌号的润滑脂,几乎不存在“万能”润滑脂。德国 FAG 公司按照不同温度、转速、负载种类选用的 5 种润滑脂用在不同的电机上,见下表(润滑脂牌号及适用范围):

②轴承结构未能含住润滑脂

( 5) 不要被污染
防止污染可以采取以下措施
①电机的防护等级应能满足使用要求
润滑脂中决不允许有灰尘混入。除粉尘防爆及潜水电机外,国内电机的防护等级绝大部分是IP44、IP54,后者允许在有粉尘场所中使用。对于轴承部分的防护,应注意以下五点。
a. 电机装配现场要清洁无尘。涂上润滑脂后应立即将轴承内、外盖装好,不能间歇。
b. IP54 的主要措施是在外盖处加橡胶密封圈。橡胶密封圈有两种,见图( a) 、( b) ,两种结构的摩擦表面的粗糙度务必保证。

IP54 两种橡胶密封圈示意图

c. 橡胶密封圈容易老化,要按时更换。
d. 轴承内盖处的防护也不容忽视,一是防止润滑脂进入电机内腔; 二是防止电机内腔的灰尘进入轴承室。
e. 户外用的电机,应在外盖处加甩水环,见下图。

户外电机轴承结构示意图

此外,对密封有特殊要求时,还可以采用“气动密封”—将过压空气充入轴承室。

②润滑脂应能抵御现场的腐蚀性介质
可采用 -25℃,3 号锂基脂或 - 40℃,200-Ⅰ型高低温润滑脂。

( 6) 不要选用伪劣轴承

( 7) 不要使轴承受到意外的损伤

①轴承应加热用套筒推到轴上。
②较大的电机应将转子两端同时吊起装端盖。特别 2 极电机,气隙较大。若将一端的轴承、端盖先装好( 有些厂家图省事,经常是先装好一端) ,转子靠定子铁心内径支撑,则转子呈倾斜状态。除可调心的调心球轴承及调心滚子轴承外,在弯矩作用下的轴承均要受到损伤。
③较大的电机运输时,装车时最好让电机轴线与车行方向垂直,以免急刹车时啃伤轴承。
④大、中型电机出厂时最好加设使转子轴向固定的装置。

( 8) 不要使轴承内,外盖与轴相擦

采取以下措施可以减少或避免内、外盖与轴相擦的故障

①适当提高轴承内、外盖同轴度及内孔的加工精度,可以将间隙略微放大一点点。
②对于隔爆型电机,隔爆等级满足实际要求即可,隔爆等级切勿攀高,以免轴贯穿处间隙过小,增加内盖与轴相擦的或然率。

以上是滚动轴承在轴承结构设计时为避免或减少故障,提高质量应采取的“八不要”措施。

参考文献:

钢厂棒材辊道高温水冷电机的结构设计_张岚清
立式变频电机轴承结构设计_韩利峰
怎样提高电机质量_第二部分_杨万青
受轴向力的立式电机轴承组装设计_姚南
调整轴承配合公差_提高电机装配质量_陈斌
微型高速起动发电机轴承系统设计分析_谢文
一种防轴承蠕变的外转子电机结构设计_吴兴

本文玉转自:玩转电机轴承结构设计——轴承设计“8不要”保电机安全运行

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