提高電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承的使用壽命

王興旺

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

電動(dòng)機(jī)作為一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的裝置，應(yīng)用在各大領(lǐng)域。由于滾動(dòng)軸承損壞(包括軸承溫度高)而返廠維修的情況經(jīng)常發(fā)生，因此，只有提高電動(dòng)機(jī)軸承的使用壽命才可以節(jié)約維修費(fèi)用。所以，對(duì)“軸承結(jié)構(gòu)”(這里指端蓋、軸承內(nèi)蓋、軸承外蓋等的總稱)設(shè)計(jì)要嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真。

1 軸承的配置與定位

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通常由一個(gè)固定的軸承結(jié)構(gòu)和一個(gè)浮動(dòng)的軸承結(jié)構(gòu)所支承。固定的軸承結(jié)構(gòu)靠軸承內(nèi)外蓋止口將軸承外圈卡住起到軸向定位作用。浮動(dòng)的軸承結(jié)構(gòu)是指軸承內(nèi)外蓋止口與軸承外圈端面有間隙，可以允許軸作軸向移動(dòng)。例如在軸發(fā)生熱膨脹時(shí)，軸承不會(huì)因此而承受過大的額外負(fù)荷。要完全達(dá)到軸承的使用承載能力，軸承內(nèi)外圈的整個(gè)圓周，必須完全受到堅(jiān)固和均勻的支承。因此與軸承套圈相配合表面的加工要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的精度，并且不應(yīng)有任何溝槽、孔或其它不連續(xù)的形狀。此外，軸承套圈必須固定，以防止在負(fù)荷作用下軸承套圈在其配合面之間滑動(dòng)。一般來說要有合適的過盈量，軸承套圈才可固定在徑向方向并受到足夠的支承。如果軸承套圈沒有正確或充分的固定，很容易造成軸承和相關(guān)部件的損壞。深溝球軸承應(yīng)用在浮動(dòng)的軸承結(jié)構(gòu)，需要具備軸向移動(dòng)的功能，因此軸承外圈就不能采用過盈配合，要采用間隙配合。間隙配合的軸承外圈可能會(huì)與其配合面之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)(蠕動(dòng)或漂移)，并導(dǎo)致接觸表面磨損(摩擦腐蝕)。這需要采取一些特別的手段來減少因蠕動(dòng)而導(dǎo)致的磨損，例如:表面硬化軸承的配合面及擋肩通過特別的潤(rùn)滑槽來潤(rùn)滑配合面，排除磨損微?；蚶幂S承側(cè)面的定位鍵槽將軸承固定。隨著負(fù)荷的增加，軸承會(huì)發(fā)生變形，因此過盈配合的內(nèi)圈也可能會(huì)變松。因此過盈量是取決于負(fù)載的大小;負(fù)載越大，特別是有沖擊負(fù)載的情況下，所需的過盈量也越大。

2 軸承的內(nèi)部游隙

軸承內(nèi)部游隙的定義為其中一個(gè)軸承套圈相對(duì)于另一個(gè)軸承套圈在徑向(徑向游隙)或軸向(軸向游隙)可移動(dòng)的總距離。對(duì)于軸承的游隙，區(qū)分在安裝前的游隙與安裝后并達(dá)到其工作溫度的游隙(工作游隙)。軸承安裝前的游隙一般比工作游隙大，是由于不同過盈量的公差配合，以及軸承套圈與鄰接部件不同程度的熱膨脹，導(dǎo)致套圈膨脹或壓縮。為了使軸承良好運(yùn)行，徑向游隙十分重要。一般準(zhǔn)則:球軸承的工作游隙應(yīng)為零或者有輕微的預(yù)緊。但對(duì)于圓柱滾子軸承在運(yùn)行時(shí)必須保留一定的剩余游隙。就算是很小的游隙，一般正常的工作條件下，選擇普通組游隙的軸承就可得到合適的工作游隙。但當(dāng)工作和安裝條件與一般情況有區(qū)別時(shí)，如軸承的兩個(gè)套圈都是以過盈配合或套圈溫度差別的影響很大，則應(yīng)選用游隙比普組大的軸承。軸承內(nèi)部游隙的補(bǔ)充代號(hào)見表1。

表1 軸承內(nèi)部游隙的補(bǔ)充代號(hào)

3 摩擦力距

摩擦是導(dǎo)致滾動(dòng)軸承發(fā)熱的主要原因，因此也是決定軸承溫度和提高軸承壽命的關(guān)鍵因素。摩擦的大小取決于負(fù)荷和其它幾個(gè)因素，其中最重要的是軸承的類型和尺寸、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑劑的用量。軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的總阻力，是由部件之間的滾動(dòng)和滑動(dòng)磨擦所構(gòu)成，包括滾動(dòng)體和保持架之間的摩擦、引導(dǎo)面與滾動(dòng)體或保持架的摩擦，還有潤(rùn)滑劑內(nèi)的摩擦和接觸式密封的滑動(dòng)摩擦。軸承的固定摩擦系數(shù)見表2。在一定的條件下［軸承符合P≈0.1(基本額定動(dòng)負(fù)荷N)、潤(rùn)滑良好、一般的工作條件］運(yùn)用以下的公式，使用固定的摩擦系數(shù)μ，可以足夠準(zhǔn)確地計(jì)算出摩擦力距

式中，M—摩擦力距(N mm);μ—軸承的固定摩擦系數(shù)，軸承的固定摩擦系數(shù)見表2;P—當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷(N);d—軸承內(nèi)徑(mm)。

表2 軸承的固定摩擦系數(shù)

4 軸的熱膨脹

目前，國(guó)內(nèi)2 極的中小型電機(jī)一般浮動(dòng)端都選用深溝球軸承。為避免軸承外圈與軸承室之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承外圈與軸承室的配合仍采用過渡配合，加上電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承本身的熱膨脹，使軸承很難因轉(zhuǎn)軸受熱伸長(zhǎng)而在軸承室中沿軸向“游動(dòng)”而使軸承損壞。過程:電機(jī)運(yùn)行使轉(zhuǎn)軸受熱膨脹身長(zhǎng)→推動(dòng)軸承向外移動(dòng)→軸承軸向游隙“吃光”→軸承承受額外的軸向力→軸承內(nèi)外圈及鋼球變形→軸承的公差尺寸被破壞→軸承加速損壞。

軸承隨轉(zhuǎn)軸熱脹冷縮的游動(dòng)量

式中，t2—熱態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)軸溫度(℃);t1—電機(jī)裝配時(shí)的環(huán)境溫度(℃);L—軸承距(mm)。

球軸承的軸向游隙

式中，g—軸承的徑向游隙(mm);d—鋼球直徑(mm)。

若以選用兩個(gè)6320 深溝球軸承的2 極電機(jī)為例，基本組的徑向游隙(由軸承手冊(cè)查取)

若t2≈90℃，t1=20℃，L≈1000mm，代入式算得Δt=0.819mm。

兩個(gè)軸承的最大軸向游隙之和為0.528mm，仍小于Δt。即便是選用最大游隙組的6320 軸承，代入后得到的Smax=0.394×0.394=0.788。仍小于Δt，此處的取值均為原始的徑向游隙和軸向游隙。裝到電機(jī)上形成的配合游隙，以及工作時(shí)形成的工作游隙均小于此值，這就意味著會(huì)出現(xiàn)軸承加速損壞現(xiàn)象。

5 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

通過上述分析在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)注意以下要點(diǎn)來提高軸承使用壽命。

(1)依據(jù)電動(dòng)機(jī)使用場(chǎng)所的工況設(shè)計(jì)軸承的配置和軸承與轉(zhuǎn)軸、軸承與端蓋軸承室的安裝尺寸;

(2)依據(jù)電動(dòng)機(jī)使用場(chǎng)所的環(huán)境溫度和電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速來正確選擇軸承的游隙;

(3)提高電機(jī)端蓋軸承室等主要零部件的加工精度。為消除這些零部件的內(nèi)部應(yīng)力鑄件應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。

(4)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮“軸承結(jié)構(gòu)”零件的累積公差對(duì)軸承軸向間隙的影響。同時(shí)電機(jī)軸承距不宜過大。

(5)端蓋軸承室的散熱狀況要好。軸承室應(yīng)盡量遠(yuǎn)離定轉(zhuǎn)繞組并要有較好的散熱狀況。

(6)正確的選用軸承潤(rùn)滑脂。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐中，通過設(shè)計(jì)時(shí)注意“軸承結(jié)構(gòu)”零件的累積公差，以及加強(qiáng)電機(jī)端蓋軸承等主要零部件的精度，大大提高了滾動(dòng)軸承的使用壽命，這為以后的滾動(dòng)軸承損壞維修，提供了一定的技術(shù)支持。

［1］ 楊萬青.實(shí)用異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、安裝與維修.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［2］ 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［3］ 王金松，馮艷琴.不同引導(dǎo)方式圓柱滾子軸承的應(yīng)用分析，防爆電機(jī)，2014.6.

［4］ 吳泰，程雪玲，馬硯芳.電機(jī)滾動(dòng)軸承噪聲的分析，防爆電機(jī)，2012.6.

［5］ 于淑華，王壽柏.低壓電機(jī)軸承異常噪聲和過熱的解決措施，防爆電機(jī)，2013.3.