高壓電動機滾動軸承載荷及壽命計算研究

王開芝，蘇強，高星福

（ 青島三利智能動力有限公司，山東 青島 266700 ）

0 引言

軸承是旋轉(zhuǎn)電機定轉(zhuǎn)子保持相對運動以及徑向和軸向定位的關(guān)鍵零部件。軸承滾動體高速運轉(zhuǎn)時支撐轉(zhuǎn)子重量，承受單邊磁拉力、不平衡離心力和轉(zhuǎn)軸軸伸外力。為增加高壓電動機運行可靠性，需進行軸承載荷及壽命計算。在選擇和計算時，應考慮滾動軸承載荷大小和方向、工作轉(zhuǎn)速、軸承剛性、軸向竄動以及摩擦力矩等多方面因素[1]。

選擇滾動軸承一般根據(jù)拖動負載的傳動方式、機型、工作條件、可靠性要求以及軸承的工作轉(zhuǎn)速，預先確定合適的使用壽命后進行額定動載荷計算，最終校核軸承計算的壽命和轉(zhuǎn)速適用與否。

1 基本額定動載荷計算

當軸承可靠性為90%，軸承材料為常規(guī)材料（普通電爐軸承鋼）并在常規(guī)條件下運轉(zhuǎn)，同時考慮溫度、振動、沖擊等變化，則軸承基本額定動載荷可按下式計算。

式中 C—基本額定動載荷計算值

P—當量動載荷，按（式2）計算

fh—壽命系數(shù)

fn—速度系數(shù)fm—力矩載荷系數(shù)，力矩載荷較小時fm=1.5，力矩載荷較大時fm=2.0

fd—沖擊載荷系數(shù)，按表1選取

fT—溫度系數(shù)，按表2選取

Cr—軸承尺寸及性能表中所列基本額定動載荷

表1 沖擊載荷系數(shù)fd

表2 溫度系數(shù)fT

2 當量動載荷計算

滾動軸承的基本額定動載荷在假定運轉(zhuǎn)條件下確定。一般而言，向心軸承僅承受純徑向載荷，推力軸承僅承受純軸向載荷。實際上,在大多應用場合，軸承常常同時承受徑向和軸向載荷。因此，在進行軸承計算時，應考慮兩種載荷的影響。當量動載荷的計算如下：

式中P—當量動載荷

Fr—徑向載荷

Fa—軸向載荷

X—徑向動載荷系數(shù)

Y—軸向動載荷系數(shù)

高壓電動機的技術(shù)條件要求軸伸不允許承受外加軸向力和除聯(lián)軸器重量以外的徑向力，因此式2可簡化為式3。

軸承承受的徑向力一般包括電機轉(zhuǎn)子的重量、單邊磁拉力和聯(lián)軸器重量。

3 軸承壽命計算

類型合適，安裝維護得當?shù)臐L動軸承大多以疲勞點蝕為報廢依據(jù)。因此，滾動軸承的尺寸（型號）主要取決于疲勞壽命。

滾動軸承的額定壽命L10（106）與額定動載荷C(kN)、當量動載荷P(kN)之間具有式4所示的關(guān)系。

實際計算時，用小時數(shù)表示軸承的額定壽命較為方便，可將式4改寫為式5。

式中 L10h—軸承額定壽命，在轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定的條件下，軸承的預期使用壽命參考表3

n—軸承轉(zhuǎn)速

p—軸承壽命指數(shù)，對球軸承p=3，圓

Cr—軸承額定動載荷

4 計算實例

選取H560-4P-800 kW 10kV高壓電動機進行滾動軸承載荷和壽命的計算。軸伸端軸承型號為NU234E/C3和6234C3，非軸伸端軸承型號為NU234E/C3。

1）聯(lián)軸器重量G1

電機軸伸尺寸φ150×250，查閱《機械設(shè)計手冊》，聯(lián)軸器型號為GY11，聯(lián)軸器重量為1.622kN。

2）電機轉(zhuǎn)子重量G2

表3 各種機械所需軸承使用壽命推薦值

式中D2—轉(zhuǎn)子外徑

Lef—鐵心長度

d—軸平均直徑

L—軸承兩支座間距離

3）單邊磁拉力Q0

式中fh—壽命系數(shù)，按10000h選取，查表fh=2.71

fn—速度系數(shù)，按1500r/min選取，查表fn=0.319

fm—力矩載荷系數(shù)，fm=1.5

fd—沖擊載荷系數(shù)，查表，電機、汽輪機、通風機、水泵的沖擊載荷系數(shù)一般取1.2

fT—溫度系數(shù)，查表，電機軸承溫度≤95°，fT=1.0

選取的軸承型號為NU234E/C3，查軸承尺寸及性能表，基本額定載荷Cr=425kN，C＜Cr，根據(jù)式1判斷，軸承選取可行。

7）軸承壽命

綜上，軸承壽命計算結(jié)果符合表3中24h連續(xù)工作機械規(guī)定的使用壽命要求。

5 結(jié)語

本文論述的電動機滾動軸承載荷和壽命的計算方法，運用于高壓電動機軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對軸承載荷和壽命的計算，滿足設(shè)計要求，減少高壓電動機的維護成本，增加運行可靠性。該方法同樣適用于低壓三相異步電動機。