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电动机轴承受力剖析及总装预防措施

2013-10-18

陈金刚
（德州恒力电机有限责任公司，253002）
　　摘　要：主要讲述三相异步电动机运转时，在有害外力作用下，电机轴承游隙的变化情况。因此，在电机零部件的加工和装配过程中，应采取措施，尽量保证轴承在正常游隙的状态下运行，从而避免轴承发热，提高工作寿命，减少电机振动和噪音。
　　关键词：三相异步电动机；轴向力；径向力；轴承游隙
　　1　游隙对轴承寿命的影响
　　三相异步电动机的振动及噪音大部分是轴承的滚动体偏离正常滚道运转时所引起。当轴承的滚动体受到不应有的外力时，直接表现为轴承的振动噪音加大。长时间运行就会造成轴承过热，加速缩短轴承寿命，进而引起电机扫镗，导致轴承损坏抱死，设备无法运转。轴承的转速、温度及配合公差都直接关系到轴承游隙的大小，一般在3500r/min以下转速的电机大多采用较小的游隙，高温、高速电机通常采用相对较大的游隙。轴承游隙在装配后会因为内孔的涨大及外圆的缩小而导致游隙减少，游隙的减少量=过盈量×60％左右（轴承室是铝的除外）。比如轴承装配前游隙是0.01mm，装配时过盈量为0.01mm，则轴承装配后的游隙约为0.004mm。在理论上轴承游隙小时噪音和振动小，在实际运转中考虑到轴承温升等问题的影响，轴承在装配后游隙不宜过小，特别是大机座电机，应考虑电机温升稳定后各零部件因膨胀量不同，造成轴承游隙的变化。一般H280及H280机座号以下轴承游隙为0.002mm～0.004mm较好，而H315及H400机座号轴承游隙为0.004mm～0.008mm为宜。轴承是高精度产品，如装配不当很容易对轴承沟道造成损伤，导致轴承损坏。因此，轴承在装配时应有专用的模具，不能随意敲打，在压入轴时只能内圈受力。
　　2　轴承的选用及其游隙
　　轴承一般是由轴承内套、外套、支架和滚动体四部份组成。钢球是深沟球轴承和角接触球轴承的滚动体，当它在轴承内套，外套所形成的具有波浪起伏状的滚道上滚动时，撞击内外滚道，会产生振动和噪音。轴承安装好后，内外套和支架在不受有害外力时基本固定不变，钢球在其形成的滚道中正常运行。此时，轴承的轴向游隙基本是平均分布在滚动体的两侧。轴承的工作游隙正常，滚动体在滚道上的运行轨迹基本上是单一的圆，轴承的滚动体运行时与内外壁的位置示意图如图1，电机振动和噪音较低。
　　不同机座号电机轴承的选用。H160机座号及以下的电机由于转子本身较轻，无论何种安装形式，两端均用球轴承；机座号为H180至H280卧式电机，两端均用球轴承；H315及H315以上卧式电机一般轴伸端用柱轴承，后端用球轴承。机座号为H180及H180以上立式电机一般下端用角接触球轴承，上端用深沟球轴承。角接触球轴承既可承受电机立式使用时转子本身带来的轴向力，又可承受电机带载运行时负荷带来的径向力。深沟球轴承除可承受径向力外，亦可承受轻微轴向力，用在非受力端。
　　3　对累积误差的修正
　　轴承在运转过程中，如果因轴向尺寸累积误差引起轴承受到轴向力，钢球和内外滚道的接触点会由滚道圆弧面的中间向侧面移动，轴向游隙随之减少。当轴向游隙减少到零时，钢球与滚道的接触点移到圆弧面的边缘位置，使内外套的轴向相对位置产生偏移，轴承的工作游隙亦减小为零。这样将迫使轴承内套带着转子，相对于轴承外套沿轴向来回摆动，在这些力的交替作用下产生往复运动，撞击端盖，会产生较大的轴向振动。此时，只须松开轴承盖的紧固螺栓，使轴承的轴向游隙得到恢复，振动会明显减小。轴承在受到轴向力的状态下，运转时滚动体与内外壁的位置示意图如图2。这种情况下一般在前或后轴承外小盖处加波形弹垫圈，迫使轴承外套中心线与轴承内套中心线重合，以保证钢球在正常滚道上运行，降低由此带来的振动和噪音。
　　4　因形位公差引发的修正
　　轴承装配过程中，与轴承配套的零部件的形位误差常会造成轴承的偏斜角过大，引起轴承振动，并产生噪音。轴承的偏斜角是轴承内圈轴心线相对轴承外圈轴心线的偏斜角度，这个角度一般不应超过16′。当偏斜角度过大时，相对位置的钢球就会同时使轴承内外套的侧面受到相反的作用力，此时轴向游隙减少至零。运行钢球出现轴向摆动，滚道形成多个运行轨迹，工作游隙亦减小为零，转子趋向歪斜运行，轴承内套带动转子作轴向往复运动，撞击端盖，产生振动和噪音。由此而产生的振动是整个转子的运动引起，振动幅度很大，往往超出标准几倍。对此，解决措施主要在机加工过程中保证各配合面的平行度和同轴度，减少由形位误差带来的影响。并注意电机总装时，配合面均匀紧固，接触良好。轴承偏斜角增大时，滚动体与内外壁的位置示意图如图3。在这种情况下，调整端盖和轴承盖的紧固螺栓，使偏斜角减小，可使轴向振动明显降低。解决此类问题，一般通过更换与机壳和轴承配合的大盖，减少端盖轴承室内圆对止口外圆的同轴度及轴承室内圆轴心线对止口配合端面的垂直度误差来解决偏斜角过大的问题。在实验过程中，如果转子平衡度正常，振动严重超标，一般是由此种原因造成，这时电机运转一段时间，轴承会明显发热或噪音严重超标，对此主要通过更换与轴承关系密切的零部件来解决。
　　5　立式电机轴承
　　对于立式电机，由于电机转子本身的重量，在电机下端轴承受到轴向力，上端不受轴向力的情况下，转子两端轴承的滚动体才能在正常滚道上运行。轴向尺寸累积误差，有时会使上端轴承内圈受向下拉的力，而下端轴承又不能到位，迫使下端轴承的滚动体在外套上壁和内套下壁之间运行，运行示意图如图4。上端轴承的滚动体在外套下壁和内套上壁之间运行，运行示意图如图5。两端轴承的工作游隙都趋向于零，因而电机产生振动，噪音。
　　长时间运行会导致轴承损坏、抱死，需车去上端轴承的内小盖与轴承外圈配合的止口面，增加转子的轴向容许误差，使转子重量作用于下端轴承，从而使两端轴承在正常滚道上运行，降低振动和噪音。
　　6　总结
　　综上所述，电动机轴承工作时的轴向游隙能否有效保证，是控制电机振动和噪音的关键因素。轴向尺寸累积误差和轴承的偏斜角是造成电机轴承轴向游隙减少的关键指标。所以，在电机零部件加工和总装过程中，应尽力保证各配合面的同轴度，减少轴向尺寸累积误差，尽力使轴承的轴向游隙得到保障，以保证轴承在正常轨道上运行，减小轴承的振动和噪音，从而保证轴承寿命，使设备正常运行。
来源：2012年第3期《电机技术》
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