大中型電機(jī)軸承及潤(rùn)滑方式的選擇

張金慧，李偉

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

軸承屬于電機(jī)的易損部件，軸承及其潤(rùn)滑方式選擇的合理性，決定了電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性及其維護(hù)成本。電機(jī)常用軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類(lèi)，下面分別對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)中滑動(dòng)軸承及滾動(dòng)軸承的選擇進(jìn)行說(shuō)明。

1 滑動(dòng)軸承及潤(rùn)滑油的選擇

1.1 潤(rùn)滑冷卻方式的確定

軸承的潤(rùn)滑對(duì)滑動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)非常重要，如果潤(rùn)滑不當(dāng)可能會(huì)造成軸承發(fā)熱甚至燒毀。通?？山?jīng)過(guò)以下計(jì)算分析來(lái)確定滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑冷卻方式

(1)軸承單位面積壓力

式中，F(xiàn)—轉(zhuǎn)子重量和單邊磁拉力的分配載荷(kg)，其中單邊磁拉力 =0.3DL(kg)，D—定子內(nèi)徑(cm)，L—扣除通風(fēng)溝后的鐵心凈長(zhǎng)(cm);d—軸徑(cm);l—瓦長(zhǎng)(cm)。

(2)軸徑線速度

式中，n—轉(zhuǎn)速，r/min。

(4)軸徑線速度過(guò)低時(shí)，油環(huán)帶油量不足，過(guò)高時(shí)油環(huán)跳動(dòng)不可靠，因此油環(huán)潤(rùn)滑往往局限在線速度3～15m/s范圍內(nèi)。

1.2 潤(rùn)滑油牌號(hào)的選擇

在電機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，由于摩擦損耗嚴(yán)重，應(yīng)采用粘度小的潤(rùn)滑油;而在轉(zhuǎn)速低時(shí)，用粘度較大的潤(rùn)滑油，以便建立油膜。其一般可按軸徑線速度的大小來(lái)選取。

v＞15m/s時(shí)，用氣輪機(jī)油L-TSA32

v=5～15m/s時(shí)，用氣輪機(jī)油L-TSA46

v＜5m/s時(shí)，用全損耗系統(tǒng)用油L-AN68(不適合用于循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)一般用ISO-VG68)。

1.3 計(jì)算實(shí)例

某鋼廠燒結(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)，型號(hào)規(guī)格:YKS 630-4 2 500kW 10kV，該電機(jī)軸承為滑動(dòng)軸承，軸承潤(rùn)滑為油環(huán)潤(rùn)滑。該電機(jī)使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承溫度過(guò)高而引起報(bào)警。經(jīng)過(guò)測(cè)量，得到如下計(jì)算數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)子重量:3 100kg;定子內(nèi)徑D:65cm;定子鐵心凈長(zhǎng)L:90cm;電機(jī)軸徑d:14cm;電機(jī)軸瓦長(zhǎng)度l:9.5cm;電機(jī)轉(zhuǎn)速n:1 488r/min。

電機(jī)載荷分布按照前后軸承對(duì)稱(chēng)布置來(lái)計(jì)算。將上述數(shù)據(jù)代入式(1)、式(2)可計(jì)算出因此，該電機(jī)應(yīng)采用壓力潤(rùn)滑。

通過(guò)上述計(jì)算，確定該電機(jī)故障為軸承潤(rùn)滑方式選擇不當(dāng)造成，將該軸承增加了潤(rùn)滑油站，采用壓力潤(rùn)滑后，故障排除。

2 滾動(dòng)軸承及潤(rùn)滑脂的選擇

2.1 軸承的選擇

滾動(dòng)軸承的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮

(1)負(fù)荷的大小和方向;(2)轉(zhuǎn)速;(3)壽命;(4)經(jīng)濟(jì)性和通用性。

電機(jī)轉(zhuǎn)速一般大于10r/min，且遠(yuǎn)低于軸承的極限轉(zhuǎn)速，可不驗(yàn)算靜負(fù)荷和極限轉(zhuǎn)速，只需考慮動(dòng)負(fù)荷。軸承尺寸的選擇可根據(jù)壽命、可靠性的要求和當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P，由疲勞壽命計(jì)算公式計(jì)算軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷C值，然后選擇符合要求的軸承型號(hào)。但在實(shí)際應(yīng)用中選擇軸承時(shí)，一般可根據(jù)電機(jī)軸頸尺寸直接預(yù)選某一型號(hào)的軸承，查出其額定動(dòng)負(fù)荷C值，然后通過(guò)疲勞壽命計(jì)算公式計(jì)算軸承壽命，以此來(lái)決定所選軸承能否符合要求。軸承壽命計(jì)算公式如下

式中，n—額定轉(zhuǎn)速，r/min;L10—基本額定壽命，，百萬(wàn)轉(zhuǎn)，C—基本額定動(dòng)負(fù)荷，kN，P—當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，kN，ρ—壽命公式中的指數(shù)，球軸承取3，滾子軸承取10/3。

當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷的一般公式為P=xFr+yFa

式中，F(xiàn)r—實(shí)際徑向負(fù)荷，N;Fa—實(shí)際軸向負(fù)荷，N;x—徑向負(fù)載系數(shù);y—軸向負(fù)載系數(shù)。

對(duì)于大中型電機(jī)所用軸承計(jì)算出的疲勞壽命應(yīng)大于100 000小時(shí)。

2.2 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑

滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的主要作用是

(1)防止?jié)L動(dòng)體與軸承圈之間產(chǎn)生干摩擦;

(2)防止?jié)L動(dòng)體表面和套圈工作表面生銹;

(3)使因摩擦而產(chǎn)生的熱能均布到軸承的各部分并且散出;

(4)防止灰塵進(jìn)入軸承內(nèi)部。

滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油分為兩類(lèi):(1)半固體潤(rùn)滑油;(2)液體潤(rùn)滑油。

液體潤(rùn)滑油是軸承的最佳潤(rùn)滑油，然而它常需要十分復(fù)雜的密封裝置。實(shí)際上常用的是半固體潤(rùn)滑油，它只需很簡(jiǎn)單的密封蓋，并且潤(rùn)滑油脂能有效地使軸承隔絕外界影響，所以一般大中型電機(jī)的滾動(dòng)軸承都采用優(yōu)質(zhì)鋰基潤(rùn)滑脂。

2.3 計(jì)算實(shí)例

下面以一臺(tái)電機(jī)為例對(duì)電機(jī)滾動(dòng)軸承的選擇加以說(shuō)明。電機(jī)規(guī)格YKK 500-4 900kW 6kV，根據(jù)機(jī)械計(jì)算電機(jī)軸伸選為φ130，軸頸直徑選為φ150，根據(jù)以上說(shuō)明軸伸端軸承采用一個(gè)單列圓柱滾子軸承NU230ECJ和一個(gè)深溝球軸承6230配對(duì)使用，非軸伸端軸承采用一個(gè)單列圓柱滾子軸承NU228ECJ。由于電機(jī)載荷主要由兩個(gè)圓柱滾子軸承承受，所以可只計(jì)算圓柱滾子軸承的疲勞壽命，根據(jù)式(4)，查軸承樣本C=510kN，根據(jù)轉(zhuǎn)子自重及單邊磁拉力計(jì)算得P≈24.5kN，L10h約為250 000小時(shí)，遠(yuǎn)大于100 000小時(shí)，因此所選軸承是合適的。

3 結(jié)語(yǔ)

基于上述分析，電機(jī)設(shè)計(jì)人員可以合理選擇電機(jī)軸承型式及潤(rùn)滑方式，避免因軸承及軸承潤(rùn)滑方式選擇不當(dāng)而造成軸承損壞。