提高電動機滾動軸承的使用壽命

王興旺

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

電動機作為一種機電能量轉換的裝置，應用在各大領域。由于滾動軸承損壞(包括軸承溫度高)而返廠維修的情況經常發生，因此，只有提高電動機軸承的使用壽命才可以節約維修費用。所以，對“軸承結構”(這里指端蓋、軸承內蓋、軸承外蓋等的總稱)設計要嚴謹，認真。

1 軸承的配置與定位

電動機轉子通常由一個固定的軸承結構和一個浮動的軸承結構所支承。固定的軸承結構靠軸承內外蓋止口將軸承外圈卡住起到軸向定位作用。浮動的軸承結構是指軸承內外蓋止口與軸承外圈端面有間隙，可以允許軸作軸向移動。例如在軸發生熱膨脹時，軸承不會因此而承受過大的額外負荷。要完全達到軸承的使用承載能力，軸承內外圈的整個圓周，必須完全受到堅固和均勻的支承。因此與軸承套圈相配合表面的加工要達到標準的精度，并且不應有任何溝槽、孔或其它不連續的形狀。此外，軸承套圈必須固定，以防止在負荷作用下軸承套圈在其配合面之間滑動。一般來說要有合適的過盈量，軸承套圈才可固定在徑向方向并受到足夠的支承。如果軸承套圈沒有正確或充分的固定，很容易造成軸承和相關部件的損壞。深溝球軸承應用在浮動的軸承結構，需要具備軸向移動的功能，因此軸承外圈就不能采用過盈配合，要采用間隙配合。間隙配合的軸承外圈可能會與其配合面之間產生轉動(蠕動或漂移)，并導致接觸表面磨損(摩擦腐蝕)。這需要采取一些特別的手段來減少因蠕動而導致的磨損，例如:表面硬化軸承的配合面及擋肩通過特別的潤滑槽來潤滑配合面，排除磨損微粒或利用軸承側面的定位鍵槽將軸承固定。隨著負荷的增加，軸承會發生變形，因此過盈配合的內圈也可能會變松。因此過盈量是取決于負載的大小;負載越大，特別是有沖擊負載的情況下，所需的過盈量也越大。

2 軸承的內部游隙

軸承內部游隙的定義為其中一個軸承套圈相對于另一個軸承套圈在徑向(徑向游隙)或軸向(軸向游隙)可移動的總距離。對于軸承的游隙，區分在安裝前的游隙與安裝后并達到其工作溫度的游隙(工作游隙)。軸承安裝前的游隙一般比工作游隙大，是由于不同過盈量的公差配合，以及軸承套圈與鄰接部件不同程度的熱膨脹，導致套圈膨脹或壓縮。為了使軸承良好運行，徑向游隙十分重要。一般準則:球軸承的工作游隙應為零或者有輕微的預緊。但對于圓柱滾子軸承在運行時必須保留一定的剩余游隙。就算是很小的游隙，一般正常的工作條件下，選擇普通組游隙的軸承就可得到合適的工作游隙。但當工作和安裝條件與一般情況有區別時，如軸承的兩個套圈都是以過盈配合或套圈溫度差別的影響很大，則應選用游隙比普組大的軸承。軸承內部游隙的補充代號見表1。

表1 軸承內部游隙的補充代號

3 摩擦力距

摩擦是導致滾動軸承發熱的主要原因，因此也是決定軸承溫度和提高軸承壽命的關鍵因素。摩擦的大小取決于負荷和其它幾個因素，其中最重要的是軸承的類型和尺寸、轉速、潤滑劑的用量。軸承轉動時的總阻力，是由部件之間的滾動和滑動磨擦所構成，包括滾動體和保持架之間的摩擦、引導面與滾動體或保持架的摩擦，還有潤滑劑內的摩擦和接觸式密封的滑動摩擦。軸承的固定摩擦系數見表2。在一定的條件下［軸承符合P≈0.1(基本額定動負荷N)、潤滑良好、一般的工作條件］運用以下的公式，使用固定的摩擦系數μ，可以足夠準確地計算出摩擦力距

式中，M—摩擦力距(N mm);μ—軸承的固定摩擦系數，軸承的固定摩擦系數見表2;P—當量動負荷(N);d—軸承內徑(mm)。

表2 軸承的固定摩擦系數

4 軸的熱膨脹

目前，國內2 極的中小型電機一般浮動端都選用深溝球軸承。為避免軸承外圈與軸承室之間產生轉動，軸承外圈與軸承室的配合仍采用過渡配合，加上電機運轉時軸承本身的熱膨脹，使軸承很難因轉軸受熱伸長而在軸承室中沿軸向“游動”而使軸承損壞。過程:電機運行使轉軸受熱膨脹身長→推動軸承向外移動→軸承軸向游隙“吃光”→軸承承受額外的軸向力→軸承內外圈及鋼球變形→軸承的公差尺寸被破壞→軸承加速損壞。

軸承隨轉軸熱脹冷縮的游動量

式中，t2—熱態時轉軸溫度(℃);t1—電機裝配時的環境溫度(℃);L—軸承距(mm)。

球軸承的軸向游隙

式中，g—軸承的徑向游隙(mm);d—鋼球直徑(mm)。

若以選用兩個6320 深溝球軸承的2 極電機為例，基本組的徑向游隙(由軸承手冊查取)

若t2≈90℃，t1=20℃，L≈1000mm，代入式算得Δt=0.819mm。

兩個軸承的最大軸向游隙之和為0.528mm，仍小于Δt。即便是選用最大游隙組的6320 軸承，代入后得到的Smax=0.394×0.394=0.788。仍小于Δt，此處的取值均為原始的徑向游隙和軸向游隙。裝到電機上形成的配合游隙，以及工作時形成的工作游隙均小于此值，這就意味著會出現軸承加速損壞現象。

5 設計要點

通過上述分析在電機設計時注意以下要點來提高軸承使用壽命。

(1)依據電動機使用場所的工況設計軸承的配置和軸承與轉軸、軸承與端蓋軸承室的安裝尺寸;

(2)依據電動機使用場所的環境溫度和電動機的工作轉速來正確選擇軸承的游隙;

(3)提高電機端蓋軸承室等主要零部件的加工精度。為消除這些零部件的內部應力鑄件應進行時效處理。

(4)設計時應考慮“軸承結構”零件的累積公差對軸承軸向間隙的影響。同時電機軸承距不宜過大。

(5)端蓋軸承室的散熱狀況要好。軸承室應盡量遠離定轉繞組并要有較好的散熱狀況。

(6)正確的選用軸承潤滑脂。

6 結語

實踐中，通過設計時注意“軸承結構”零件的累積公差，以及加強電機端蓋軸承等主要零部件的精度，大大提高了滾動軸承的使用壽命，這為以后的滾動軸承損壞維修，提供了一定的技術支持。

［1］ 楊萬青.實用異步電動機設計、安裝與維修.北京:機械工業出版社，1997.

［2］ 陳世坤.電機設計.北京:機械工業出版社，2000.

［3］ 王金松，馮艷琴.不同引導方式圓柱滾子軸承的應用分析，防爆電機，2014.6.

［4］ 吳泰，程雪玲，馬硯芳.電機滾動軸承噪聲的分析，防爆電機，2012.6.

［5］ 于淑華，王壽柏.低壓電機軸承異常噪聲和過熱的解決措施，防爆電機，2013.3.