碟形彈簧對電機止推軸承的影響

徐念偉，侯佳智

（勝利油田勝利泵業(yè)，山東 東營 257000）

碟形彈簧對電機止推軸承的影響

徐念偉，侯佳智

（勝利油田勝利泵業(yè)，山東 東營 257000）

潛油電機是一個立式懸掛電機，為承受轉(zhuǎn)子的重量，使電機轉(zhuǎn)子在固定的位置工作，電機上部有一個止推軸承。其工作原理是：止推軸承動靜塊組成一對摩擦副，在運轉(zhuǎn)過程中，潤滑油能在摩擦表面形成一層連續(xù)穩(wěn)定的壓力油膜，有效地隔離金屬之間的相互接觸及干摩擦，以承受轉(zhuǎn)子的軸向力。止推軸承下部有一個碟形彈簧，它支撐著止推軸承，可以卸載轉(zhuǎn)子的軸向載荷，起到減震、緩沖的作用，使止推軸承在高速運轉(zhuǎn)中可以保持平衡和穩(wěn)定。止推軸承對電機的工作性能（動力性、經(jīng)濟性以及穩(wěn)定性等）和使用壽命有著舉足輕重的影響。

潛油電機；止推軸承；碟形彈簧；支撐位置

近年來隨著勝利油田的中后期發(fā)展，油井的含水量高達80%以上，138及143系列大功率電機的使用越來越廣泛。但是由于大功率電機工作轉(zhuǎn)速高，自身承載壓力較大，對電機止推軸承的耐磨性要求較高，本公司于 2006年研制了八瓣止推軸承，這種止推軸承設(shè)計更加合理，軸承表面的潤滑效果較好，并且下電設(shè)計中加入了碟形彈簧，使止推軸承的負載能力得到了加強，但碟形彈簧的支撐效果一直是人們爭論的焦點。為了解決好碟形彈簧對止推軸承的影響，我們重點對潛油電機止推軸承的運動摩擦理論及材料、設(shè)計進行分析和研究。

1 電機止推軸承的磨損理論

電機止推軸承由動塊和靜塊兩部分組成，動塊為鋼件經(jīng)表面淬火精磨，靜塊為錫磷青銅件。止推軸承結(jié)構(gòu)比較簡單，但其形位公差尺寸要求嚴格。由于承力的位置、角度以及進油孔的大小是油膜形成的關(guān)鍵要素，因此必須確保兩個止推面的平行度和平面度，止推軸承下部加入碟形彈簧，能夠有效調(diào)節(jié)軸承在運轉(zhuǎn)過程中的平衡和穩(wěn)定，可以從根本上提高止推軸承基體強度及運行穩(wěn)定性。止推軸承的磨損是非常復(fù)雜的，它受許多因素的影響。例如電機油的潤滑、表面粗糙度、材料、裝配的好壞、電機磁拉力的影響等，同時其磨損又包含黏著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損等多種磨損形式。在潛油電機的設(shè)計中，有意識地引入流體動壓潤滑理論到零部件設(shè)計中去，由于高速運動而產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)，使摩擦副表面間油膜壓力升高，從而達到使兩摩擦面分開，降低摩擦和減少磨損的目的。

2 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)組成及作用

碟形彈簧又名貝勒維爾彈簧墊圈，圓盤狀彈簧適用于高度抗疲勞的應(yīng)用場合。彈簧是用高碳鋼片制成的，所有的圓盤彈簧都經(jīng)過奧氏體處理，從而得到優(yōu)化的機械性能（硬度/延展性）。貝勒維爾彈簧特別適用于空間狹小、負載很大的場合。圖1為在所列出的墊圈的三種特性參數(shù)下，負載－撓度的典型曲線，當高度為中間數(shù)值時，其負載可以估算。根據(jù)圖1中的曲線“h＝t”，可以得出，撓度為75%時的負載是壓平時的負載的87%。從表格中可以得出，壓平時的計算負載為330 lb.；0.87×330＝287 lb.。圖1中虛線表明了撓度超過75%時的負載情況，這個區(qū)域的負載特性不是很可靠的，因為部分墊圈被壓至最低點。

圖1 特性參數(shù)下負載－撓度的典型曲線

規(guī)格：

3 碟形彈簧的支撐作用

138及143電機下電由于其特殊結(jié)構(gòu)，大件對止推軸承的支撐作用較弱，止推軸承的平行度和平面度較難保證，由于電機轉(zhuǎn)子的自身重量較大，對軸承的要求較高，因此在軸承下部加一個凸形碟形彈簧，可以卸載轉(zhuǎn)子的軸向載荷，起到減震、緩沖的作用。

我們對碟形彈簧支撐效果進行了調(diào)查：

表1 碟形彈簧支撐尺寸

138、143電機止推軸承靜塊凹槽深2.4 mm，疊型彈簧高度3.6 mm，疊型彈簧加入凹槽內(nèi)露出3.6－2.4＝1.2（mm），下沉高度為0.24 mm左右，有效支撐高度為1.2－0.24＝0.96 mm，支撐作用比較明顯。

4 碟形彈簧支撐位置的影響

彈簧支撐位置的合理性是比較重要的，要使軸承在理想狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，必須保證碟形彈簧支撐位置的合理。當止推軸承受到較大正壓力作用時，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)，其頂峰接觸點受到高壓力作用而產(chǎn)生彈、塑性變形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、溫升后使金屑的頂峰塑性面牢固地黏著并熔焊在一起，形成冷焊結(jié)點。在兩摩擦表面相對滑動時，材料便從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，成為表面凸起，促使摩擦表面進一步磨損。隨著裂紋的擴展與相互連接，表層金屬脫落，造成止推軸承失效。

止推軸承自潤滑性能力較差，在電機起動和停轉(zhuǎn)的短時間內(nèi)，由于潤滑油供油滯后，造成高速運轉(zhuǎn)工況下金屬與金屬之間產(chǎn)生干摩擦，容易出現(xiàn)止推軸承燒結(jié)現(xiàn)象。從收集到的失效軸承分析，有一部分是由于形位公差尺寸偏差，造成止推面間隙不均勻，使油膜形成不穩(wěn)定引起的，這種情況大多數(shù)能在出廠試驗時發(fā)現(xiàn)。

我們對以前裝配的138及143電機止推軸承的磨損情況進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)所有帶碟形彈簧的止推軸承，全部是內(nèi)緣磨損，出現(xiàn)了偏磨現(xiàn)象，并且在試驗過程中，有兩節(jié)下電止推軸承在帶泵試驗時磨損嚴重燒毀。

我們對燒毀的兩節(jié)138電機的下電止推軸承進行了尺寸測量，見表2。

表2 燒毀的下電八瓣止推軸承動、靜塊尺寸測量表

根據(jù)測量的數(shù)值，我們發(fā)現(xiàn)止推軸承動塊尺寸沒有變化，靜塊外緣厚度和內(nèi)緣厚度相差0.12～0.13 mm，內(nèi)部明顯磨損嚴重。下電止推軸承下部有一個碟形彈簧，是它支撐著止推軸承，可以卸載轉(zhuǎn)子的軸向載荷，起到減震、緩沖的作用，使止推軸承在高速運轉(zhuǎn)中可以保持平衡和穩(wěn)定。但其支撐位置明顯靠里，并且止推軸承的下部基體較薄，很容易造成中部承受的支撐力過大，致使軸承中部翹起、磨損，而外緣部位卻沒有磨損。由于止推軸承靜塊中部支撐較高，造成摩擦面偏斜，因負載較大，油膜擠壓效應(yīng)，中部油膜遭到破壞，失去作用。造成軸承從中部先磨損，進而隨著磨損的加大油膜破壞嚴重，磨損從中間向四周擴散，造成整個軸承磨損。

為了證明這一點，我們將碟形彈簧反裝，使其支撐位置靠外，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磨損位置也相應(yīng)的發(fā)生了變化，外緣磨損明顯。

如何改變彈簧的支撐位置，使其在理想的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。我們對較成熟的116系列止推軸承碟形彈簧支撐位置進行了尺寸測量，并對138系列的止推軸承碟形彈簧位置尺寸進行了對比并進行了更改，見表3、表4。

表3 碟形彈簧支撐部位尺寸

對上述對策我們進行了實際使用，改進后徹底解決了止推軸承偏磨問題，軸承表面內(nèi)、外圓磨損均勻，效果很好。

5 結(jié)束語

碟形彈簧對止推軸承的影響是比較顯著的，其支撐位置決定了止推軸承磨損的好壞。通過改進可以有效的提高止推軸承的可靠性，同時也可延長潛油電泵機組使用壽命。

Small Dish Shape Spring to Electrical Machinery Thrust Bearing’s Influence

Xu Nianwei，Hou Jiazhi

Dives the oil electrical machinery is vertical is hanging the electrical machinery, to withstand rotor’s weight, enables the electrical machinery rotor in the fixed position work, on electricity machine to have a thrust bearing.Its principle of work is: The thrust bearing sound of something astir block composes one pair to rub, in the generating process, lubricates the oil to be able to form a continual stable pressure lubricant film in the friction surface, isolates between the metal effectively the mutual contact and the dry friction, relies on rotor’s axial force.Lower part the thrust bearing has a small dish shape spring, it is supporting the thrust bearing, may unload rotor’s axial loading, plays the absorption of shock, the cushion role, enables the thrust bearing to be possible to maintain in the high－speed operation is balanced and is stable.The thrust bearing makes the performance to electrical machinery’s labor（power, efficiency as well as stable and so on）and the service life has the pivotal influence.

dives the oil electrical machinery; thrust bearing; small dish shape spring; supports the position

TM359.9

A

1000－8136（2011）06－0017－02