淺談牽引電機(jī)軸承徑向游隙

中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司 楊 川 郭紅麗 陳 棟

太原鐵路局永濟(jì)機(jī)車(chē)監(jiān)造項(xiàng)目部 田澤鵬

軸承徑向游隙是牽引電機(jī)裝配質(zhì)量中諸多關(guān)鍵指標(biāo)之一。軸承內(nèi)外圈可相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)量就是軸承游隙，徑向移動(dòng)量稱(chēng)為徑向游隙。游隙的大小將會(huì)與軸承使用性能息息相關(guān)，諸如影響軸承的基本額定載荷乃至壽命，影響電機(jī)的振動(dòng)或異音，并且決定軸承滾動(dòng)體是否正確運(yùn)動(dòng)等。本文分析了牽引電機(jī)裝配后軸承徑向游隙的測(cè)量方法及提高徑向游隙測(cè)量精度。

牽引電機(jī)是高速動(dòng)車(chē)組、電力機(jī)車(chē)和電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)主傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。牽引電機(jī)軸承用來(lái)支撐因轉(zhuǎn)子軸和聯(lián)軸節(jié)的質(zhì)量而引起的徑向載荷，實(shí)現(xiàn)頻繁的運(yùn)轉(zhuǎn)、停止循環(huán)作業(yè)，由于運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)向架振動(dòng)的影響，軸承要承受一定的動(dòng)載荷。與車(chē)軸軸承和齒輪裝置軸承相比，牽引電機(jī)軸承的使用環(huán)境嚴(yán)酷的多，其軸承的配置，一般在傳動(dòng)側(cè)采用圓柱滾子軸承，在非傳動(dòng)端采用有支撐轉(zhuǎn)子軸向運(yùn)動(dòng)功能的深溝球軸承或圓柱滾子軸承。軸承游隙是保證電機(jī)得以靈活無(wú)阻滯地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。軸承游隙對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能（振動(dòng)、噪聲）和旋轉(zhuǎn)精度，使用壽命（磨損與疲勞）的承載能力都有很大影響。因此，裝配游隙測(cè)量是衡量零部件質(zhì)量（軸承、端蓋，軸承座等）及裝配質(zhì)量的重要指標(biāo)和檢測(cè)手段。

1.軸承徑向游隙的定義

軸承徑向游隙是指軸承的一個(gè)套圈固定，另一個(gè)套圈不受載荷時(shí)，沿徑向從一個(gè)極限位置到另一個(gè)極限位置的移動(dòng)量。按照軸承所處的狀態(tài)，徑向游隙可分為下列三種：

1.1 原始游隙

軸承安裝前自由狀態(tài)時(shí)的游隙。原始游隙是由制造廠加工、裝配所確定的。測(cè)量時(shí)給軸承施加一定測(cè)量載荷后，測(cè)出原始游隙，也可稱(chēng)為理論游隙。

1.2 裝配游隙

軸承安裝于電機(jī)轉(zhuǎn)軸和端蓋軸承室后剩余的游隙。由于過(guò)盈裝配，或使內(nèi)圈增大，或使外圈縮小，或二者兼而有之，均使裝配游隙比原始游隙小。

1.3 有效游隙

電機(jī)以規(guī)定條件旋轉(zhuǎn)達(dá)到一定溫度狀態(tài)且視為毫無(wú)載荷所致彈性變形時(shí)的軸承游隙，即只考慮內(nèi)外圈配合所致游隙減少量與內(nèi)外圈溫差造成的游隙變動(dòng)量，視為空載時(shí)的游隙。

1.4 工作游隙

電機(jī)軸承在一定載荷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)的游隙，它已考慮軸承載荷對(duì)彈性變形量的影響。

2.電機(jī)軸承徑向游隙的測(cè)量

在正常使用的電機(jī)，徑向游隙是指電機(jī)裝配后軸承徑向游隙的測(cè)量，即軸承的裝配游隙，裝配游隙是判定電機(jī)軸承關(guān)聯(lián)件（轉(zhuǎn)軸、端蓋）是否裝配到位重要指標(biāo)之一，其測(cè)量方法如下：

2.1 塞尺法

用塞尺測(cè)量，確認(rèn)滾動(dòng)軸承最大負(fù)荷部位，即電機(jī)裝配后軸承12點(diǎn)位置，在滾動(dòng)體與內(nèi)圈之間塞入松緊相宜的塞尺，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)1/4周，旋轉(zhuǎn)一次，測(cè)量一次，連續(xù)測(cè)量4次，取平均值即為軸承的進(jìn)行游隙。此種方法廣泛應(yīng)用于圓柱滾子軸承，不適用于深溝球軸承。

2.2 撬杠法

將百分表底座吸附于電機(jī)端蓋上，將百分表表頭放置在靠近所測(cè)量的軸承的轉(zhuǎn)軸上部，用人力或液壓缸力將轉(zhuǎn)軸撬起，百分表指針走的值即為軸承徑向游隙。此種方法廣泛應(yīng)用于深溝球軸承，但此方法測(cè)量誤差較大。

2.3 翻身法

將電機(jī)裝在可旋轉(zhuǎn)180°的翻轉(zhuǎn)機(jī)上，將百分表表頭放置在靠近所測(cè)量的軸承的轉(zhuǎn)軸上部，翻轉(zhuǎn)電機(jī)180°，百分表指針走的值即為軸承徑向游隙。此種方法測(cè)量準(zhǔn)確，但較為費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且成分較高。

3.軸承徑向游隙測(cè)量方法改進(jìn)

上述談到的游隙測(cè)量方法中，塞尺法對(duì)于深溝球軸承無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，翻身法需要購(gòu)置翻身機(jī)，翻身夾具，成本較高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不適合批量生產(chǎn)或整機(jī)批量檢查。只有撬杠法適用性較強(qiáng)，滿(mǎn)足圓柱滾子軸承、深溝球軸承的測(cè)量，且方便、快捷，但誤差較大，現(xiàn)在的重點(diǎn)就是怎么消除誤差。

3.1 誤差產(chǎn)生的原因

3.1.1 轉(zhuǎn)軸撬起力引起的誤差

用人工或液壓缸將轉(zhuǎn)軸向上撬起至極端位置時(shí)，由于未給出撬起力大小或人工無(wú)法保證撬起力穩(wěn)定，過(guò)大造成軸承自身和殼體的彈性變形，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；過(guò)小轉(zhuǎn)軸還未達(dá)到極端位置，造成測(cè)量值必實(shí)際值小。

3.1.2 百分表放置位置引起的誤差

測(cè)量時(shí)，要求百分表放置在靠近所測(cè)軸承最近的轉(zhuǎn)軸上面，但牽引電機(jī)結(jié)構(gòu)造成的百分表與零部件干涉，實(shí)際測(cè)量時(shí)，百分表測(cè)量位置與實(shí)際軸承位置距離偏差較大，因此，測(cè)量點(diǎn)的誤差，造成測(cè)量結(jié)果偏差。

3.2 測(cè)量方法改進(jìn)

針對(duì)上述誤差產(chǎn)生的原因，以某產(chǎn)品為例進(jìn)行以下改進(jìn)：

3.2.1 撬起力的計(jì)算

已知某產(chǎn)品轉(zhuǎn)子組件質(zhì)量為200Kg，C點(diǎn)為兩端的撬起點(diǎn)，A、B點(diǎn)為兩端軸承位的重心點(diǎn)。見(jiàn)圖1：

圖1 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承受力模型簡(jiǎn)化圖

根據(jù)圖1，要計(jì)算當(dāng)B端剛剛離開(kāi)地面時(shí)，在軸頭位置C點(diǎn)工裝處需要至少多大的提升力F？

根據(jù)力矩平衡，以B為支點(diǎn)：LOB=59+351/2=234.5mm;LCB=618.5+60-15.5=663mm; G=mg; (式中50數(shù)值為工裝尺寸)

F=mg，則C處需要提升質(zhì)量為：

3.2.2 百分表位置偏差計(jì)算

已知某產(chǎn)品的軸承位中心距AB，已知百分表測(cè)量點(diǎn)與所測(cè)軸承中心點(diǎn)距離AD，已知百分表測(cè)量測(cè)量值0.067mm，見(jiàn)圖2。計(jì)算A點(diǎn)軸承位裝配游隙值。

軸承實(shí)際的裝配游隙為0.05mm，百分表位置偏差為0.017mm。

圖2 百分表測(cè)量游隙誤差圖

4.結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子組件各零部件的質(zhì)量存在偏差及避免轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)彈性變形造成的誤差，因此，應(yīng)將提升力F設(shè)定測(cè)量范圍經(jīng)驗(yàn)值為F上下浮動(dòng)10-20%，即測(cè)量起始力F·（80%-90%）～測(cè)量最大力F·（110%-120%）；百分表讀數(shù)時(shí)，作業(yè)人員按公式計(jì)算記錄游隙值比較麻煩，應(yīng)根據(jù)軸承生產(chǎn)廠家給出的原始游隙范圍，制作實(shí)際游隙對(duì)應(yīng)表，或工藝人員將設(shè)計(jì)游隙轉(zhuǎn)化為實(shí)際工藝測(cè)量游隙。