立式電機(jī)軸承溫度過(guò)高的影響因素和問(wèn)題處理

陳 金 剛

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司,山東 德州 253002)

0 引 言

立式電機(jī)是電機(jī)輸出軸的軸心線垂直于底盤(pán)或變速機(jī)構(gòu)的電機(jī)，其突出特點(diǎn)是安裝孔以輸出軸為中心，周?chē)染喾植?。電機(jī)使用過(guò)程中，時(shí)常因軸承選型和零部件與軸承配合存在的隱性問(wèn)題，造成電機(jī)或軸承溫度過(guò)高，不符合設(shè)備使用要求。因此，在檢修過(guò)程中，對(duì)立式泵電機(jī)定子和軸承發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行整治，通過(guò)測(cè)量和試驗(yàn)驗(yàn)證了整改的效果。

1 設(shè)計(jì)工藝整改方案

針對(duì)立式電機(jī)定子發(fā)熱對(duì)定轉(zhuǎn)子鐵心和線圈數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整，增加了電機(jī)的負(fù)載承受能力。針對(duì)電機(jī)軸承熱，重點(diǎn)保證電機(jī)溫升穩(wěn)定后軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承的軸徑向間隙，主要采取以下措施：(1)對(duì)前后端蓋軸承室尺寸公差進(jìn)行調(diào)整，端蓋軸承室直徑公差去掉下偏差，減小因裝配造成的軸承徑向間隙減小量，并在加工完成后進(jìn)行擠壓工藝處理。(2)軸承外小蓋止口高度進(jìn)行調(diào)整，降低上端外小蓋止口高度，消除軸向累積公差造成的軸承軸向間隙的減小。(3)針對(duì)角接觸球軸承既可承受立式電機(jī)使用時(shí)轉(zhuǎn)子本身帶來(lái)的軸向力，又可承受電機(jī)帶載運(yùn)行時(shí)負(fù)荷帶來(lái)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。對(duì)軸承的選用做出規(guī)定，H160及H160機(jī)座號(hào)以下電機(jī)由于轉(zhuǎn)子本身較輕，兩端均用球軸承；機(jī)座號(hào)H180至H280立式電機(jī)兩端均用C3大游隙深溝球軸承；H315及H315以上立式電機(jī)一般下端用角接觸球軸承，上端用C3大游隙深溝球軸承。(4)電機(jī)裝配完成后進(jìn)行端徑跳和軸跳測(cè)量，對(duì)不合格電機(jī)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證端徑跳及軸跳在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而減小形位公差對(duì)軸承游隙造成的影響。(5)電機(jī)端徑跳和軸跳合格后，對(duì)電機(jī)做空載溫升試驗(yàn)，測(cè)試電機(jī)軸承溫升，穩(wěn)定溫升不超過(guò)40 ℃，最高溫度不超過(guò)85 ℃。對(duì)軸承溫升不符合要求的電機(jī)進(jìn)行拆檢，分析原因，找出問(wèn)題根源。

2 立式電機(jī)軸承游隙對(duì)軸承溫度的影響

2.1 立式電機(jī)軸向尺寸累積公差對(duì)軸承軸向游隙的影響

立式電機(jī)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，若因軸向尺寸累積公差引起軸承受到軸向力，鋼球和內(nèi)外滾道的接觸點(diǎn)會(huì)由滾道圓弧面的中間向側(cè)面移動(dòng)，軸向游隙隨之減少。當(dāng)軸向游隙減少到零時(shí)，鋼球與滾道的接觸點(diǎn)移動(dòng)到圓弧面的邊緣位置，使內(nèi)外套的軸向相對(duì)位置產(chǎn)生偏移，軸承的工作游隙亦減小為零，迫使軸承內(nèi)套帶著轉(zhuǎn)子，相對(duì)于軸承外套沿軸向來(lái)回?cái)[動(dòng)。在這些力的交替作用下產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，撞擊端蓋，產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)。此時(shí)只須松開(kāi)軸承外蓋的緊固螺栓，使軸承的軸向游隙得到恢復(fù)，振動(dòng)會(huì)明顯減小。這種情況下，提高軸的加工精度，能起到一定作用。要從根本上解決，通常將軸伸端兩軸承蓋止口和軸承外圈端面的尺寸間隙由0.5 mm改為1 mm，增加容許累加公差，消除軸向累積公差對(duì)軸承軸向間隙的影響。

2.2 立式電機(jī)與軸承配套的零部件的形位公差對(duì)軸承軸向游隙的影響

立式電機(jī)軸承裝配過(guò)程中，與軸承配套的零部件的形位公差超標(biāo)會(huì)造成軸承的偏斜角過(guò)大，引起軸承振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。軸承的偏斜角是軸承內(nèi)圈軸心線相對(duì)軸承外圈軸心線的偏斜角度。該角度一般不超過(guò)16′。當(dāng)偏斜角度過(guò)大時(shí)，相對(duì)位置的鋼球會(huì)使軸承內(nèi)外套的側(cè)面同時(shí)受到相反的作用力。此時(shí)，軸承的軸向游隙減少為零，運(yùn)行鋼球出現(xiàn)軸向擺動(dòng)，滾道形成多個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)子作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，撞擊端蓋，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，由此產(chǎn)生的振動(dòng)是整個(gè)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)引起，振動(dòng)幅度大，往往超出標(biāo)準(zhǔn)幾倍。對(duì)此，主要在機(jī)加工過(guò)程中保證各配合面的平行度和同軸度，減少由形位公差帶來(lái)的影響。電機(jī)總裝時(shí)，注意配合面均勻緊固，接觸良好。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(dòng)明顯降低。在試驗(yàn)過(guò)程中，若轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡合格，電機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，一般是由此種原因造成。此時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，軸承會(huì)明顯發(fā)熱或噪音嚴(yán)重超標(biāo)。為解決偏斜角過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)端蓋軸承室內(nèi)圓進(jìn)行擠壓整形，更換或修正與機(jī)殼和軸承配合的端蓋，減少端蓋軸承室內(nèi)圓對(duì)止口外圓的同軸度及軸承室內(nèi)圓軸心線對(duì)止口配合端面的垂直度公差量。

2.3 立式電機(jī)軸承的受力情況和修理措施

對(duì)于立式使用的電機(jī)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的重量，在電機(jī)裝配完成后，電機(jī)下端軸承受軸向力，上端不受軸向力的情況下，轉(zhuǎn)子兩端軸承的滾動(dòng)體在正常滾道運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，電機(jī)溫度上升，對(duì)外風(fēng)扇冷卻的電機(jī)，轉(zhuǎn)子的溫升明顯高于定子，致使轉(zhuǎn)子膨脹量比定子大，轉(zhuǎn)子兩端軸承外移。如果電機(jī)軸向存在間隙，轉(zhuǎn)子兩端軸承外移后，軸承不會(huì)受到額外的軸向力。如果轉(zhuǎn)子兩端軸承外移量超過(guò)電機(jī)的軸向間隙，軸承受到不應(yīng)有的軸向力時(shí)，兩端軸承的工作游隙都趨向于零，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，噪音。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致軸承損壞，抱死。為解決此種故障中，需要車(chē)上端軸承的外小蓋與軸承外圈配合的止口面，增加轉(zhuǎn)子的軸向容許量，從而使兩端軸承在正常滾道上運(yùn)行，降低振動(dòng)和噪音。

3 檢查試驗(yàn)的驗(yàn)證

立式電機(jī)的法蘭端蓋加工完成后，先進(jìn)行端徑跳測(cè)量，合格后再裝配，裝配完成后，出廠前除常規(guī)檢查試驗(yàn)外，還進(jìn)行法蘭端徑跳和軸跳測(cè)量，合格后對(duì)電機(jī)繞組，軸承進(jìn)行空載溫升試驗(yàn)，以確保電機(jī)質(zhì)量。

3.1 電機(jī)裝配完成后的機(jī)械檢查

電機(jī)裝配完成后首先進(jìn)行總體檢查。查證電機(jī)零部件裝配完整情況，各部件安裝是否到位，螺栓緊固是否完好，然后對(duì)電機(jī)進(jìn)行電氣性能的常規(guī)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后進(jìn)行端徑跳和軸跳測(cè)量。端徑跳超差通常會(huì)造成電機(jī)與配套設(shè)備存在應(yīng)力，軸承運(yùn)行軌跡軸線與軸承中心線偏斜角過(guò)大，軸承磨損嚴(yán)重，溫升加劇，縮短軸承壽命，嚴(yán)重時(shí)軸承抱死。立式電機(jī)的端徑跳受零部件平行度，軸承間隙，裝配應(yīng)力等方面影響，裝配完成后易造成不合格。對(duì)此，通常通過(guò)整機(jī)車(chē)來(lái)保證端徑跳，使其在合格范圍內(nèi)。不同機(jī)座號(hào)電機(jī)的端徑跳合格范圍如表1所示。

表1 不同機(jī)座號(hào)電機(jī)的軸跳和端徑跳合格范圍

3.2 電機(jī)空載溫升試驗(yàn)

電機(jī)端徑跳和軸跳測(cè)量合格后，放置在立式電機(jī)測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行空載軸承溫升測(cè)試。電機(jī)空載溫升試驗(yàn)主要測(cè)試電機(jī)軸承的溫度，電機(jī)繞組溫升試驗(yàn)在樣機(jī)試制完成后，型式試驗(yàn)已驗(yàn)證繞組溫升合格，所以空載試驗(yàn)重點(diǎn)是測(cè)量軸承溫升，檢測(cè)電機(jī)整體溫度升高，定轉(zhuǎn)子膨脹后，軸承的游隙變化，確定軸承所受軸向和徑向力的狀態(tài)，從而對(duì)電機(jī)溫度升高后的軸承受力情況進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 立式電機(jī)軸承溫度測(cè)量方法和測(cè)試過(guò)程中軸承溫升的基本規(guī)律

圖1 PT100測(cè)溫元件

中型立式電機(jī)的前后軸承處一般都裝有PT100測(cè)溫元件，軸承溫度可利用電機(jī)所裝PT100測(cè)溫元件進(jìn)行溫度測(cè)量，如圖1所示。對(duì)沒(méi)有安裝PT100的電機(jī)可用數(shù)位溫度表通過(guò)測(cè)溫桿測(cè)量軸承外小蓋上注油孔底部溫度。比較兩者測(cè)量數(shù)值，兩種方法測(cè)得的軸承穩(wěn)定溫度差值在2 ℃以內(nèi)。機(jī)殼溫度直接用測(cè)溫槍近距離(距測(cè)試點(diǎn)5～10 cm)測(cè)試?；鶞?zhǔn)點(diǎn)選在通風(fēng)良好的電機(jī)中間位置。電機(jī)進(jìn)行空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每15 min測(cè)一次溫度，軸承空載運(yùn)轉(zhuǎn)溫度根據(jù)機(jī)座號(hào)不同一般H280及H280以下電機(jī)1～2 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖2所示。H315～H355電機(jī)2～3 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖3所示。H400～H560電機(jī)3～5 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖4所示。

圖2 Y250M-4-H立式電機(jī)軸承溫升走勢(shì)圖

圖3 Y355L2-4-H立式電機(jī)軸承溫升走勢(shì)圖

圖4 YVF-500M2-4立式電機(jī)軸承溫升走勢(shì)圖

一般軸承溫升合格電機(jī)，在開(kāi)始30 min內(nèi)，軸承溫度變化較快，大約溫升在20～30 ℃；30～60 min溫升變緩，正常情況下在10 ℃左右；60～90 min溫度升幅更小，一般不會(huì)超過(guò)5 ℃；90～120 min溫升趨向穩(wěn)定，此時(shí)每隔15 min溫升在1～2 ℃；120～180 min時(shí)，溫度基本達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)即使有溫升，每隔15 min溫升在0.5～1 ℃浮動(dòng)，軸承溫升與機(jī)殼溫升持平或小于機(jī)殼溫升，軸承溫升趨于穩(wěn)定；180 min以后，如果電機(jī)合格，軸承溫度不會(huì)再升或呈下降趨勢(shì)，如果電機(jī)軸承溫升存在問(wèn)題，則電機(jī)在90～120 min溫升增幅一般不會(huì)減慢，并有上升趨勢(shì)，即使出現(xiàn)暫時(shí)的減緩，

在120～180 min時(shí)，溫升也會(huì)重新加大增幅，對(duì)于前端為推力軸承的立式電機(jī)，此時(shí)一個(gè)明顯的特征是：后軸承溫升增幅明顯高于前軸承，這時(shí)必須時(shí)刻注意，如果后軸承溫度達(dá)到80 ℃以上，應(yīng)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行修理，以防電機(jī)軸承抱死。

4 結(jié) 語(yǔ)

電機(jī)軸承作為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)關(guān)鍵部件，對(duì)保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程軸承游隙是影響電機(jī)軸承溫升的關(guān)鍵因素。軸承軸徑向游隙受尺寸公差，位置公差等各方面影響，裝配完成后，時(shí)常造成游隙偏小，特別對(duì)于中型立式低壓大功率電機(jī)，由于定轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度均在1 m以上，所以設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮定轉(zhuǎn)子溫度升高后的膨脹量問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的冷卻方式，不同材料的膨脹系數(shù)，考慮機(jī)殼與轉(zhuǎn)子膨脹量因溫升的差異造成的不同。避免電機(jī)溫度增高以后軸承游隙趨向于零的現(xiàn)象發(fā)生，保證軸承的軸徑向游隙在軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)變化。

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