異步電動機常用滾動軸承配合與游隙的淺析

杜毅

（蘭州石化設備維修公司，甘肅 蘭州730060）

異步電動機常用滾動軸承配合與游隙的淺析

杜毅

（蘭州石化設備維修公司，甘肅 蘭州730060）

本文列出了煉化裝置中異步電動機電動機常用的滾動軸承的類型，并針對其在維護維修中軸承配合與軸承游隙兩者相互關系在應用中涉及的問題進行淺析。

滾動軸承；公差配合；游隙組別

滾動軸承在煉化企業(yè)各生產裝置的轉動設備上得到了廣泛引用，電動機就是其中的一類設備，而且電動機的運行質量一定程度取決于內裝配軸承運轉的平穩(wěn)性。滾動軸承在運行過程中由于自身質量和外部條件原因，承載能力、旋轉精度和耐磨性能等均會發(fā)生變化。當軸承的性能指標低于使用要求而不能正常工作時，軸承就會發(fā)生故障或失效。軸承一旦發(fā)生故障或失效等意外情況，設備將會停轉，會造成后續(xù)一系列的問題，經統(tǒng)計造成滾動軸承失效的原因主要有：軸承潤滑脂變質失效或選型錯誤；軸承潤滑脂太滿或不足；軸承游隙過?。惠S承游隙過大致使軸與軸承發(fā)生振動；軸承室內孔扭曲變形或內徑過??；軸承室內孔過大，軸承外圈在軸承室內相對移動；兩個或多個軸承同軸度不好；轉軸軸承檔直徑過大，導致軸承內圈膨脹嚴重，減小了軸承游隙；轉軸軸承檔直徑過小，導致軸承內圈與轉軸摩擦產生相對移動；雜物、砂粒等固態(tài)污染物進入軸承內；水、酸、油等液態(tài)污染物進入軸承內；軸承裝配方式不正確；軸承選型不正確等。本文通過電動機常用的滾動軸承在配合與游隙選擇應用中涉及的問題進行淺析。

1 電動機常見的滾動軸承的類型

滾動軸承的類型多種多樣，分類方法也很多，可以按照軸承所能承受的載荷方向分類，也可以按照滾動體的種類分類，而且根據軸承的用途也可以進行分類。本文只對目前所維護的電動機中最常用的軸承進行分析。

1.1 深溝球軸承

深溝球軸承是在電動機設備中應用最廣泛的軸承，其結構簡單、使用方便、摩擦因數(shù)小、極限轉速高、噪音低。主要用于承受徑向載荷，在軸承的軸向游隙范圍內，可限制軸或軸承室兩個方向的軸向位移，可起到雙向軸向定位作用。但當選用徑向游隙較大的軸承時，又具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑向、軸向聯(lián)合載荷。但不耐沖擊，不適宜承受重負荷。

1.2 圓柱滾子軸承

圓柱滾子軸承的滾動體為圓柱滾子，屬可分離型軸承，一般只用與承受徑向載荷，且承載能力強。一般圓柱滾子軸承滾子直徑＞5mm，滾子長度與滾子直徑之比＜3。電動機中應用較多的是有保持架的單列圓柱滾子軸承，以NU、N系列型居多，一些特殊設備例如：振蕩篩電動機會采用套圈有擋邊的NJ型。

1.3 角接觸軸承

角接觸軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷，接觸角越大，軸向承載能力越高。角接觸軸承因其內外圈的滾道可在水平軸線上有相對位移，所以可以同時承受徑向和軸向的聯(lián)合載荷。角接觸軸承相對上述兩種軸承應用的較少。

2 電動機軸承的游隙與配合

2.1 滾動軸承的游隙

2.1.1 滾動軸承游隙的種類

滾動軸承從裝配前到裝配后再到電機運轉，各個階段軸承所處的狀態(tài)不同，軸承的游隙也有所不同。根據軸承所處的狀態(tài)可將軸承游隙分為原始游隙、配合游戲和工作游隙。根據字面意思不難理解三種游隙間的關系。軸承在裝配前的游隙值為原始游隙，也是軸承最大的游隙值。將軸承裝配到電動機轉軸和軸承室內，此時軸承的游隙為配合游隙。由于軸承內圈的裝配屬于過盈配合，軸承內圈因過盈配合而膨脹，外圈與軸承室的配合也會使外圈收縮。這樣配合游隙值會小于原始游隙。電動機運行時，軸承套圈因溫度上升及內外圈溫差的影響，軸承的游隙會進一步減小，此時的游隙值稱為軸承工作游隙或有效游隙。

軸承游隙一般有5個組別，分別是2組、0組、3組、4組合五組。其中0組屬于一般游隙，2組比0組小屬于小游隙，3組、4組和5組屬于大游隙。以深溝球軸承為例，下表是2組內徑范圍內各組別游隙值得對比。目前我們所維護電動機設備多裝配為C3組別的滾動軸承，見表1。

表1 深溝球軸承徑向游隙（單位μm）

2.1.2 滾動軸承游隙的選擇

游隙是決定軸承能否正常工作的重要因素，但我們通常選擇軸承時總會忽略選擇合適軸承游隙的重要性。選擇適當?shù)妮S承游隙，可以使載荷在滾動體之間合理分布，提高旋轉精度，降低軸承工作時的振動和噪音。

軸承游隙的選擇考慮的因素很多，不僅要考慮軸承的工作條件（如載荷、轉速、溫度等），還要考慮電動機軸承裝配過盈量的大小對軸承游隙的影響情況。從理論上說對于滾動軸承最適宜的工作游隙近似為零值，稍微有點負工作游隙時，軸承使用壽命最長，但實際上要保持這種狀態(tài)非常困難。在對電動機進行維護維修時，我們通常按照電動機原裝配的軸承進行同型號更換，但由于機加工工藝水平的不同，導致軸承配合尺寸發(fā)生變化，也會對軸承游隙造成影響。因此，選擇軸承游隙時要根據軸承的配合情況，運行溫度，載荷大小等因素進行選擇。

2.2 滾動軸承的配合

電動機軸承內圈與軸的配合采用基孔制，軸承外圈與端蓋軸承室的配合采用基軸制。一般電動機軸承配合標準為：軸與軸承內圈配合采用過盈配合，軸承外圈與端蓋軸承室配合采用過渡配合。

滾動軸承配合裝配的目的是要把軸承內圈牢固地固定于軸上，使軸承不發(fā)生蠕動。如果軸承內圈與轉軸發(fā)生相對滑動，則會產生不正常的發(fā)熱和磨損，造成軸承壽命縮短，提前失效。軸承外圈與軸承箱（室）配合則要求過渡配合，主要因為電動機在運行時轉軸受溫度變化引起膨脹或收縮，軸承外圈可以在軸承箱（室）內軸向移動來解決這一問題。

3 電動機維護中軸承游隙和配合選擇的現(xiàn)狀

我車間現(xiàn)維護公司多個分廠裝置的電動機設備，選擇裝配的多數(shù)為滾動軸承，軸承的運行狀況直接影響電動機運行質量。軸承游隙與配合的選擇是保證軸承良好運行的關鍵之一。

從現(xiàn)階段我們維護現(xiàn)狀來看，電動機軸承配合沒有完全按照機械設計手冊中配合公差等級進行選擇公差，而是通過機械設計手冊中配合公差等級再根據軸承內外徑給出一定的經驗范圍值，主要因為一是我們機加工工藝水平影響，電動機配合面的修復方法主要以軸的堆焊和端蓋軸承室的鑲套為主，但堆焊和鑲套所用的材質會相對原材質偏軟，而且經常用此方法修復配合面，也會使配合面強度降低，所以在修復加工過程中會按照實際情況對配合尺寸進行調整。下表為比較適合電動機軸承配合的公差選擇范圍，見表2。

表2 軸和軸承內圈的配合公差（單位mm）

表3 軸承外圈與端蓋內孔的配合公差（單位mm）

目前在選擇裝配軸承時通常選用游隙組別為C3類型屬于大游隙的軸承，但過大游隙并不利于軸承的運行。經過對我們維護現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，目前使用C3游隙組別的軸承有以下一些原因。

1）軸承裝配的配合面以過盈配合為主，軸承內圈與轉軸配合過盈量比較大，軸承外圈與端蓋軸承室配合一般選擇為過渡配合，但實際修復加工過程中配合公差會保持在-0.01mm～+0.01mm。這就要求軸承在裝配前要有足夠的游隙，來滿足這樣的緊配合。以深溝球軸承為例，軸承內徑80～100mm之間，游隙C3組別的軸承徑向游隙在0.03～0.058mm之間，取中間值0.044mm，軸承內圈與轉軸配合過盈量選擇為0.025mm，軸承外圈與端蓋軸承室配合過盈量選擇為 0.01mm，這樣軸承裝配后游隙約為0.01mm，電動機帶負荷運轉時由于軸承內外圈溫差及相關部件的熱膨脹會導致軸承的游隙進一步減小，若裝配后軸承游隙過小或沒有，軸承工作游隙過緊，軸承內部滾動接觸應力增大，軸承發(fā)熱量增加，將導致軸承在運轉時發(fā)生抱死。所以根據軸承的配合，且運行溫度較高的因素，應選用較大的游隙組別。

2）由于電動機運轉時轉軸會被軸向拉伸，所以要求軸承外圈能在端蓋軸承室內能夠按照拉伸力的方向做軸向移動，防止軸承因轉軸拉伸造成軸承卡死現(xiàn)象。但若電動機運行時由于溫度影響導致軸承內外圈都屬于緊配合時，軸承外圈無法按照拉伸力的方向進行軸向移動，而且當兩端都使用的深溝球軸承，軸承內外圈都帶有擋邊，此時就需要所裝配的軸承有足夠的軸向游隙來彌補外圈無法移動的問題。

3）電動機軸承配合面機加工修復工藝水平有限，由于設備和人員工藝水平的有限，電動機配合面的修復加工會存在一些誤差，也無法達到過于精細的水平，所以在機加工時的配合尺寸多少會存在誤差。

上述是現(xiàn)階段我們對維護電動機軸承游隙組別選擇的一些現(xiàn)狀，但使用C3大游隙組別的軸承也存在一些不利于軸承長期使用運行的因素。

1）在電動機檢修完畢后，電動機空載試車是一項重要工作。按照我公司電動機檢修規(guī)程規(guī)定，低壓電動機（380V以下）檢修完畢需空試30min，高壓電動機（6000V以上）空試240min。由于大游隙的軸承在無負載或低負載狀態(tài)下運行時，軸承預緊力不夠，軸承滾珠在滾道上不會完全滾動而發(fā)生滑動，這樣對軸承滾道和滾珠均會發(fā)生損傷。所以對于游隙較大軸承長時間的空試會影響到軸承完好性。

2）若軸承工作游隙過大，電動機在運轉時軸承所承受的載荷不會均勻分布在所有滾珠上，載荷會局部集中在軸承特定的某些部位，導致軸承在運轉時所有滾珠不能同時均勻受力，縮短軸承壽命。如圖1所示是某電動機軸伸端滾柱軸承，電動機因振動過大停機檢修，拆卸下軸承發(fā)現(xiàn)軸承內圈有1/3處出現(xiàn)了明顯壓痕，其它部位未出現(xiàn)此類壓痕?？梢耘袛酁槭禽S承承受載荷不均勻所致。

圖1 滾柱軸承內圈

以上分析可以看出在選擇使用軸承時軸承游隙和軸承配合兩者要綜合考慮，按照實際情況及時做出調整。從而保證選用的軸承能良好的運行。

正確的選擇使用滾動軸承，涉及的因素非常多，軸承的類型、軸承及保持架的材料、軸承的配合公差、軸承的游隙、軸承的潤滑和密封、軸承的裝卸都要了解。本文只對軸承配合和軸承游隙之間的關系在選擇使用軸承問題上進行了淺析。

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[2] 卜炎，夏新濤.實用軸承技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 方希錚.滾動軸承選用指南[M].桂林：廣西科學技術出版社，1997.

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