三相異步電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承裝配和運(yùn)行故障解析

陳金剛，黃莉明，張紅枝

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三相異步電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承裝配和運(yùn)行故障解析

陳金剛，黃莉明，張紅枝

（德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東 德州 253005）

本文主要講述三相異步電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承裝配注意事項(xiàng)和常見故障。對(duì)決定滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)性能的配合公差和裝配間隙進(jìn)行分析。重點(diǎn)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾動(dòng)軸承產(chǎn)生的噪音，過熱等現(xiàn)象進(jìn)行解析，并提出預(yù)防改進(jìn)措施。

三相異步電動(dòng)機(jī) 滾動(dòng)軸承裝配 配合公差

0 引言

滾動(dòng)軸承是三相異步電動(dòng)機(jī)最重要的支撐旋轉(zhuǎn)部件。電機(jī)運(yùn)行時(shí)軸承噪音大，過熱是常見故障，原因多種多樣，有時(shí)很難準(zhǔn)確診斷，因而在很多情況下處理不及時(shí)，造成電機(jī)更大的損壞，縮短電機(jī)壽命，影響正常生產(chǎn)。為降低軸承損壞對(duì)電機(jī)壽命的影響，電機(jī)運(yùn)行過程中，可對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行辨別。靠近正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)軸承部位，如果聽到滾動(dòng)體在內(nèi)外圈中有隱約的滾動(dòng)聲，聲音輕快均勻，運(yùn)行平穩(wěn)，說明軸承運(yùn)轉(zhuǎn)良好，電機(jī)運(yùn)行正常。如果軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，聽到異常響聲，感覺到周期性振動(dòng)，檢測(cè)到軸承溫升過快，應(yīng)查找并分析原因，進(jìn)行處理。一般正常情況下，電機(jī)滾動(dòng)軸承的短時(shí)（持續(xù)5分鐘）最高溫度不超過100℃，穩(wěn)定最高溫度不超90℃，超過極限溫度就說明電機(jī)軸承過熱，需要查明原因，排除故障，否則軸承極易損壞抱死，造成停機(jī)停產(chǎn)。

1 滾動(dòng)軸承的裝配

軸承的裝配方法分兩種：熱套和冷壓。開放式軸承一般采用加熱法進(jìn)行熱套，把軸承，或可分離軸承的內(nèi)圈放入烘箱中，烘箱的溫度控制在80℃~100℃，加熱保溫時(shí)間為20~40 min。裝配時(shí)，把加熱的軸承從烘箱中取出，做好隔熱防護(hù)措施，將軸承立放，豎直端平，軸承內(nèi)孔對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)軸，沿軸身平推至軸肩。如果套不進(jìn)去，可能軸承變冷，或軸承裝配時(shí)存在一定角度的歪斜，這種情況下，可用合適規(guī)格的套筒頂住軸承內(nèi)圈，用銅棒輕輕敲入。軸承裝配到位后，加入適量潤(rùn)滑脂，通常根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速由高到低，加入軸承空腔凈容積的1/3-2/3之間，不宜太多或過少。密封軸承通常采用冷壓法，在常溫下用壓力機(jī)把軸承平穩(wěn)地壓裝到軸上。壓裝時(shí)，壓力施加在軸承內(nèi)圈上，不能壓在軸承外圈或保持架上，壓力機(jī)壓軸中心線與軸承軸心線重合，防止軸承歪斜，損傷到軸承的保持架或滾動(dòng)體。

2 電機(jī)配合公差和裝配間隙對(duì)滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響

2.1 滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸或外圈與端蓋配合過緊或過松

滾動(dòng)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命取決于軸承本身的制造精度，與它配合的軸和孔的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度、選用的配合以及裝配情況。當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸或外圈與端蓋配合間隙大于0.1 mm時(shí)，定、轉(zhuǎn)子就可能相擦(掃膛)。掃膛較輕時(shí)，電機(jī)可以起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，但相擦部位溫升高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，易燒壞繞組；較重時(shí)，電機(jī)將無法起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。拆開存在掃膛故障的電機(jī)，通常能看到發(fā)亮或發(fā)黑的擦傷面。

軸承的工作游隙取決于軸承的原始游隙和轉(zhuǎn)子軸承擋、端蓋軸承室與軸承內(nèi)外圈的配合，在裝配后，會(huì)因內(nèi)孔的漲大及外圓的縮小而導(dǎo)致軸承游隙減少，游隙的減少量=過盈量×60％。臥式安裝的電機(jī)，組裝配合良好的滾動(dòng)軸承只承受徑向應(yīng)力，如果軸承內(nèi)圈與軸或軸承外圈與端蓋的配合過緊，即過盈量過大時(shí)，則裝配后會(huì)使軸承間隙變得過小，有時(shí)甚至接近于零，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，運(yùn)行中軸承摩擦阻力加大，就會(huì)發(fā)熱。如果軸承內(nèi)圈與軸，或軸承外圈與端蓋配合過松，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸承內(nèi)圈與軸，或軸承外圈與端蓋就會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣會(huì)引起摩擦發(fā)熱，造成軸承過熱。通常，標(biāo)準(zhǔn)中將作為基準(zhǔn)部件的軸承內(nèi)圈內(nèi)徑公差帶移至零線下方，這對(duì)同一個(gè)軸的公差帶與軸承內(nèi)圈形成的配合，要比它與一般基準(zhǔn)孔形成的配合緊得多。電機(jī)組裝時(shí)，對(duì)于大機(jī)座號(hào)電機(jī)應(yīng)檢查軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子軸，軸承外圈與端蓋孔的配合公差，保證軸承的工作游隙正常。因此，在采用相同配合的條件下，軸承內(nèi)徑與軸的配合比通常的配合更為緊密，為過盈配合。軸承外徑公差同樣為負(fù)公差，軸承外圈與軸承室的配合為過渡配合或間隙配合。

2.2 電機(jī)軸承外小蓋與滾動(dòng)軸承之間的軸向間隙過小或偏心

臥式大型和中型電機(jī)，通常非軸身端不帶載，采用球軸承，軸伸端帶載受力，采用圓柱滾子軸承，當(dāng)轉(zhuǎn)子受熱膨脹時(shí)，可以帶動(dòng)軸承內(nèi)圈自由伸長(zhǎng)。臥式小型電機(jī)兩端均采用球軸承。由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，電機(jī)轉(zhuǎn)子散熱較定子慢，產(chǎn)生的熱量使轉(zhuǎn)子的溫升高于定子溫升，所以轉(zhuǎn)子相對(duì)定子存在一定的伸長(zhǎng)量，軸承端蓋與軸承外圈之間，軸向應(yīng)有適當(dāng)活動(dòng)間隙，否則，軸承就可能因軸向過大的熱伸長(zhǎng)而導(dǎo)致軸承受軸向力而產(chǎn)生熱量。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)將前或后側(cè)軸承端蓋軸向車去一點(diǎn)，在軸承蓋與端蓋之間加波形彈簧墊，保證一端軸承外蓋與軸承外圈之間有足夠的活動(dòng)間隙。電機(jī)兩側(cè)端蓋或軸承蓋未裝好，如果電機(jī)兩側(cè)端蓋或軸承外小蓋裝得不平行或止口沒有靠嚴(yán)，會(huì)使?jié)L動(dòng)體偏出正常軌道旋轉(zhuǎn)而發(fā)熱，這時(shí)必須重新將兩側(cè)端蓋或軸承外小蓋止口裝平，使?jié)L動(dòng)體回到正常軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，并用螺栓均勻旋緊，固定。

3 滾動(dòng)軸承的故障、原因和處理措施

電機(jī)滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于裝配工藝不合理，零部件變形，軸承質(zhì)量問題，潤(rùn)滑脂選用不當(dāng)，電機(jī)存放環(huán)境不適宜，與負(fù)載機(jī)械連接不良等因素的影響，常引起軸承聲音異常，過熱等故障現(xiàn)象。如果處理不及時(shí)，常常造成軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)外圈、保持架嚴(yán)重磨損或金屬剝落，損壞軸承，甚至燒壞電機(jī)。表1列出了電機(jī)在空載和負(fù)載運(yùn)行過程中滾動(dòng)軸承常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，產(chǎn)生原因及相應(yīng)的預(yù)防解決措施。

表 1 電機(jī)滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的故障現(xiàn)象，產(chǎn)生原因及解決措施

4 降低滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)故障的注意事項(xiàng)

4.1 合理選擇軸承和潤(rùn)滑脂

由于電機(jī)的功率大小、安裝型式、防護(hù)等級(jí)、負(fù)載類型和連接方式不同，軸承的選用也存在很大差別。只有正確選用軸承類型，使其適應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行要求，才能減少軸承故障的發(fā)生。小型電機(jī)通常采用球軸承；中型臥式電機(jī)為保證轉(zhuǎn)子所受的徑向力，驅(qū)動(dòng)端多采用滾柱軸承，非驅(qū)動(dòng)端用球軸承。滾柱軸承適宜在中速和低速下運(yùn)行，轉(zhuǎn)速過高會(huì)加速軸承的老化。中型立式電機(jī)下端由于受轉(zhuǎn)子本身的軸向力較大，通常選用角接觸球軸承。三相交流異步電動(dòng)機(jī)大多使用開放式深溝球軸承。由于鋰基潤(rùn)滑脂性能好，適用溫度范圍寬，電機(jī)用滾動(dòng)軸承一般采用2號(hào)、3號(hào)鋰基脂。如YE2及其派生系列電動(dòng)機(jī)的密封軸承潤(rùn)滑，均使用鋰基潤(rùn)滑脂，可減少維護(hù)工作量，增加軸承使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。對(duì)于一些高轉(zhuǎn)速(>1500 r／min)重負(fù)荷的軸承，一般選用二硫化鉬鋰基脂。對(duì)老化或變質(zhì)的潤(rùn)滑脂，應(yīng)清洗干凈，及時(shí)更換同型號(hào)適量潔凈的潤(rùn)滑脂。

4.2 采用良好的電機(jī)裝配工藝和保護(hù)檢測(cè)技術(shù)

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于軸承受到的軸向電磁分量的影響，軸身會(huì)出現(xiàn)軸向竄動(dòng)趨勢(shì)，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)頻率較低的嗡鳴聲，對(duì)此，通常在軸身端軸承外側(cè)增加一個(gè)波形墊圈，施加一個(gè)對(duì)軸承外圈預(yù)加的軸向壓力，消除軸承振動(dòng)帶來的噪聲，波形墊圈允許軸承軸向自由活動(dòng)，保證軸承游隙正常，避免因游隙過小，而造成軸承溫升高，異響等故障。滾動(dòng)軸承可以利用電機(jī)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)偏心檢測(cè)，對(duì)電機(jī)磨損狀態(tài)實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，通過曲線顯示電機(jī)偏心變化趨勢(shì)，能夠及早發(fā)現(xiàn)軸承磨損狀況和走內(nèi)圓、走外圓等故障隱患，避免掃膛事故發(fā)生。

4.3 及時(shí)更換軸承

當(dāng)軸承磨損嚴(yán)重，壽命接近終了時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)及噪音將明顯增大，此時(shí)檢查軸承的徑向游隙，如果超過表2的數(shù)值，應(yīng)立即更換同規(guī)格型號(hào)的軸承。

表 2 軸承游隙磨損極限值表

5 結(jié)論

綜上所述，滾動(dòng)軸承的壽命由軸承的正確裝配和良好的運(yùn)行狀態(tài)決定。裝配過程中應(yīng)避免軸承受到損傷，各零部件加工精度和公差在良好的范圍以內(nèi)，能有效保證軸承良好的運(yùn)轉(zhuǎn)，減少軸承出現(xiàn)故障的概率。熟悉軸承的故障現(xiàn)象和產(chǎn)生原因，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承故障隱患，及時(shí)排除，延長(zhǎng)軸承壽命，從而保證電機(jī)安全運(yùn)行，節(jié)約生產(chǎn)成本。

[1] 陳金剛. 電動(dòng)機(jī)軸承受力剖析及總裝預(yù)防措施[J]. 電機(jī)技術(shù), 2012, (3): 46-48.

[2] 陳金剛. 電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承和潤(rùn)滑脂及故障預(yù)防[J]. 電機(jī)技術(shù), 2014, (2): 54-57.

Analysis of Assembly and Operation Failures of Three-phase Asynchronous Motor Rolling Bearings

Chen Jingang, Huang Liming, Zhang Hongzhi

(Dezhou Hengli Electrical Machinery CO., Ltd., Dezhou 253005, Shangdong, China)

TM343

A

1003-4862（2019）06-0020-03

2018-11-09

陳金剛（1974-），男，工程師。研究方向：電機(jī)檢測(cè)與故障分析。E-mail：cjg2516@163.com