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電動機(jī)軸承受力剖析及總裝預(yù)防措施

2013-10-18

陳金剛
（德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，253002）
　　摘　要：主要講述三相異步電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，在有害外力作用下，電機(jī)軸承游隙的變化情況。因此，在電機(jī)零部件的加工和裝配過程中，應(yīng)采取措施，盡量保證軸承在正常游隙的狀態(tài)下運(yùn)行，從而避免軸承發(fā)熱，提高工作壽命，減少電機(jī)振動和噪音。
　　關(guān)鍵詞：三相異步電動機(jī)；軸向力；徑向力；軸承游隙
　　1　游隙對軸承壽命的影響
　　三相異步電動機(jī)的振動及噪音大部分是軸承的滾動體偏離正常滾道運(yùn)轉(zhuǎn)時所引起。當(dāng)軸承的滾動體受到不應(yīng)有的外力時，直接表現(xiàn)為軸承的振動噪音加大。長時間運(yùn)行就會造成軸承過熱，加速縮短軸承壽命，進(jìn)而引起電機(jī)掃鏜，導(dǎo)致軸承損壞抱死，設(shè)備無法運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承的轉(zhuǎn)速、溫度及配合公差都直接關(guān)系到軸承游隙的大小，一般在3500r/min以下轉(zhuǎn)速的電機(jī)大多采用較小的游隙，高溫、高速電機(jī)通常采用相對較大的游隙。軸承游隙在裝配后會因?yàn)閮?nèi)孔的漲大及外圓的縮小而導(dǎo)致游隙減少，游隙的減少量=過盈量×60％左右（軸承室是鋁的除外）。比如軸承裝配前游隙是0.01mm，裝配時過盈量為0.01mm，則軸承裝配后的游隙約為0.004mm。在理論上軸承游隙小時噪音和振動小，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中考慮到軸承溫升等問題的影響，軸承在裝配后游隙不宜過小，特別是大機(jī)座電機(jī)，應(yīng)考慮電機(jī)溫升穩(wěn)定后各零部件因膨脹量不同，造成軸承游隙的變化。一般H280及H280機(jī)座號以下軸承游隙為0.002mm～0.004mm較好，而H315及H400機(jī)座號軸承游隙為0.004mm～0.008mm為宜。軸承是高精度產(chǎn)品，如裝配不當(dāng)很容易對軸承溝道造成損傷，導(dǎo)致軸承損壞。因此，軸承在裝配時應(yīng)有專用的模具，不能隨意敲打，在壓入軸時只能內(nèi)圈受力。
　　2　軸承的選用及其游隙
　　軸承一般是由軸承內(nèi)套、外套、支架和滾動體四部份組成。鋼球是深溝球軸承和角接觸球軸承的滾動體，當(dāng)它在軸承內(nèi)套，外套所形成的具有波浪起伏狀的滾道上滾動時，撞擊內(nèi)外滾道，會產(chǎn)生振動和噪音。軸承安裝好后，內(nèi)外套和支架在不受有害外力時基本固定不變，鋼球在其形成的滾道中正常運(yùn)行。此時，軸承的軸向游隙基本是平均分布在滾動體的兩側(cè)。軸承的工作游隙正常，滾動體在滾道上的運(yùn)行軌跡基本上是單一的圓，軸承的滾動體運(yùn)行時與內(nèi)外壁的位置示意圖如圖1，電機(jī)振動和噪音較低。
　　不同機(jī)座號電機(jī)軸承的選用。H160機(jī)座號及以下的電機(jī)由于轉(zhuǎn)子本身較輕，無論何種安裝形式，兩端均用球軸承；機(jī)座號為H180至H280臥式電機(jī)，兩端均用球軸承；H315及H315以上臥式電機(jī)一般軸伸端用柱軸承，后端用球軸承。機(jī)座號為H180及H180以上立式電機(jī)一般下端用角接觸球軸承，上端用深溝球軸承。角接觸球軸承既可承受電機(jī)立式使用時轉(zhuǎn)子本身帶來的軸向力，又可承受電機(jī)帶載運(yùn)行時負(fù)荷帶來的徑向力。深溝球軸承除可承受徑向力外，亦可承受輕微軸向力，用在非受力端。
　　3　對累積誤差的修正
　　軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果因軸向尺寸累積誤差引起軸承受到軸向力，鋼球和內(nèi)外滾道的接觸點(diǎn)會由滾道圓弧面的中間向側(cè)面移動，軸向游隙隨之減少。當(dāng)軸向游隙減少到零時，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)移到圓弧面的邊緣位置，使內(nèi)外套的軸向相對位置產(chǎn)生偏移，軸承的工作游隙亦減小為零。這樣將迫使軸承內(nèi)套帶著轉(zhuǎn)子，相對于軸承外套沿軸向來回擺動，在這些力的交替作用下產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，撞擊端蓋，會產(chǎn)生較大的軸向振動。此時，只須松開軸承蓋的緊固螺栓，使軸承的軸向游隙得到恢復(fù)，振動會明顯減小。軸承在受到軸向力的狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)時滾動體與內(nèi)外壁的位置示意圖如圖2。這種情況下一般在前或后軸承外小蓋處加波形彈墊圈，迫使軸承外套中心線與軸承內(nèi)套中心線重合，以保證鋼球在正常滾道上運(yùn)行，降低由此帶來的振動和噪音。
　　4　因形位公差引發(fā)的修正
　　軸承裝配過程中，與軸承配套的零部件的形位誤差常會造成軸承的偏斜角過大，引起軸承振動，并產(chǎn)生噪音。軸承的偏斜角是軸承內(nèi)圈軸心線相對軸承外圈軸心線的偏斜角度，這個角度一般不應(yīng)超過16′。當(dāng)偏斜角度過大時，相對位置的鋼球就會同時使軸承內(nèi)外套的側(cè)面受到相反的作用力，此時軸向游隙減少至零。運(yùn)行鋼球出現(xiàn)軸向擺動，滾道形成多個運(yùn)行軌跡，工作游隙亦減小為零，轉(zhuǎn)子趨向歪斜運(yùn)行，軸承內(nèi)套帶動轉(zhuǎn)子作軸向往復(fù)運(yùn)動，撞擊端蓋，產(chǎn)生振動和噪音。由此而產(chǎn)生的振動是整個轉(zhuǎn)子的運(yùn)動引起，振動幅度很大，往往超出標(biāo)準(zhǔn)幾倍。對此，解決措施主要在機(jī)加工過程中保證各配合面的平行度和同軸度，減少由形位誤差帶來的影響。并注意電機(jī)總裝時，配合面均勻緊固，接觸良好。軸承偏斜角增大時，滾動體與內(nèi)外壁的位置示意圖如圖3。在這種情況下，調(diào)整端蓋和軸承蓋的緊固螺栓，使偏斜角減小，可使軸向振動明顯降低。解決此類問題，一般通過更換與機(jī)殼和軸承配合的大蓋，減少端蓋軸承室內(nèi)圓對止口外圓的同軸度及軸承室內(nèi)圓軸心線對止口配合端面的垂直度誤差來解決偏斜角過大的問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，如果轉(zhuǎn)子平衡度正常，振動嚴(yán)重超標(biāo)，一般是由此種原因造成，這時電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間，軸承會明顯發(fā)熱或噪音嚴(yán)重超標(biāo)，對此主要通過更換與軸承關(guān)系密切的零部件來解決。
　　5　立式電機(jī)軸承
　　對于立式電機(jī)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的重量，在電機(jī)下端軸承受到軸向力，上端不受軸向力的情況下，轉(zhuǎn)子兩端軸承的滾動體才能在正常滾道上運(yùn)行。軸向尺寸累積誤差，有時會使上端軸承內(nèi)圈受向下拉的力，而下端軸承又不能到位，迫使下端軸承的滾動體在外套上壁和內(nèi)套下壁之間運(yùn)行，運(yùn)行示意圖如圖4。上端軸承的滾動體在外套下壁和內(nèi)套上壁之間運(yùn)行，運(yùn)行示意圖如圖5。兩端軸承的工作游隙都趨向于零，因而電機(jī)產(chǎn)生振動，噪音。
　　長時間運(yùn)行會導(dǎo)致軸承損壞、抱死，需車去上端軸承的內(nèi)小蓋與軸承外圈配合的止口面，增加轉(zhuǎn)子的軸向容許誤差，使轉(zhuǎn)子重量作用于下端軸承，從而使兩端軸承在正常滾道上運(yùn)行，降低振動和噪音。
　　6　總結(jié)
　　綜上所述，電動機(jī)軸承工作時的軸向游隙能否有效保證，是控制電機(jī)振動和噪音的關(guān)鍵因素。軸向尺寸累積誤差和軸承的偏斜角是造成電機(jī)軸承軸向游隙減少的關(guān)鍵指標(biāo)。所以，在電機(jī)零部件加工和總裝過程中，應(yīng)盡力保證各配合面的同軸度，減少軸向尺寸累積誤差，盡力使軸承的軸向游隙得到保障，以保證軸承在正常軌道上運(yùn)行，減小軸承的振動和噪音，從而保證軸承壽命，使設(shè)備正常運(yùn)行。
來源：2012年第3期《電機(jī)技術(shù)》