三相異步電動(dòng)機(jī)軸承溫升分析

惠儉新

(中達(dá)電機(jī)股份有限公司，江蘇無(wú)錫214145)

?

三相異步電動(dòng)機(jī)軸承溫升分析

惠儉新

(中達(dá)電機(jī)股份有限公司，江蘇無(wú)錫214145)

對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的軸承溫度高的現(xiàn)象，從軸承選型、配合、裝配、運(yùn)行狀況等方面找出引起軸承溫度高的各種因素，最后提出幾種解決軸承溫度高的有效措施。

三相異步電動(dòng)機(jī)；軸承溫度；配合；潤(rùn)滑；試驗(yàn)

0 引言

滾動(dòng)軸承是軸及其它旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的重要支承，是最早采用專業(yè)化大批量生產(chǎn)方式的機(jī)械基礎(chǔ)之一。由于滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)僅為滑動(dòng)軸承的百分之一到幾十分之一，并且使用維護(hù)方便，支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易裝拆，因此，滾動(dòng)軸承的使用極其廣泛，并在許多領(lǐng)域逐步取代了滑動(dòng)軸承。

因?yàn)闈L動(dòng)軸承在三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，所以因軸承導(dǎo)致的故障在三相異步電動(dòng)機(jī)總故障率中占的比例也較多，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)為3/5左右，而在軸承的故障中又以軸承過(guò)熱為常見(jiàn)的故障現(xiàn)象。

1 軸承溫升高的判斷

目前電機(jī)生產(chǎn)廠家在電機(jī)出廠前軸承溫度是必須檢查的項(xiàng)目，而試驗(yàn)除了有最高溫度不超過(guò)95℃限制外，對(duì)在運(yùn)行中最高溫度以下何種情況屬于軸承溫度高還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。按慣例，電機(jī)運(yùn)行1.5～2h后，軸承溫度穩(wěn)定升溫≤35K便可以認(rèn)為正常，但軸承運(yùn)行短時(shí)(如15min)上升至65℃或運(yùn)行1.5h以上超過(guò)65℃仍然沒(méi)有下降趨勢(shì)，及不到1.5h但軸承穩(wěn)定溫度超過(guò)75℃，皆可以視為軸承溫度高(其中65℃、75℃是針對(duì)夏季而言，在寒冷的冬天以55℃、65℃為宜)。

2 軸承過(guò)熱故障原因及解決辦法

2.1 軸承的選用

軸承的質(zhì)量除了與生產(chǎn)廠家的制造工藝、檢測(cè)水平有關(guān)外，還與軸承鋼的材質(zhì)、熱處理工藝、煅造工藝息息相關(guān)。目前國(guó)外采用的真空脫氣軸承鋼、真空重熔軸承鋼在國(guó)內(nèi)尚未普及，它們均優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)大量采用的軸承鋼-鉻鋼GCr15及GCr15SiMn，因此軸承以采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口軸承為宜，如瑞典的SKF、日本的NSK及KOYO、德國(guó)的FAG。在使用前需要仔細(xì)檢測(cè)、篩選，否則對(duì)電動(dòng)機(jī)(特別是中大型三相異步電動(dòng)機(jī))來(lái)說(shuō)將后患無(wú)窮。

2.2 軸承受到擠壓

滾珠或滾子在滾道中能輕松自如地旋轉(zhuǎn)，是因?yàn)樗鼈兣c軸承內(nèi)外套間有游隙存在。若軸承套內(nèi)或外圈受到擠壓，這游隙就要變小。因?yàn)檩S承游隙的數(shù)值很小，所以對(duì)游隙的變化很敏感。游隙變小了，軸承滾動(dòng)體與套圈產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，則會(huì)增加軸承摩擦發(fā)熱。防止擠壓的對(duì)策有如下三條：(1)軸承外圈與軸承套的配合多采用H7，在實(shí)際加工中要盡量按上差，因?yàn)檩S承與軸采用過(guò)盈配合，軸承臺(tái)公差為k6或m5，當(dāng)k6、m5出現(xiàn)上差而所選軸承徑向游隙較小、內(nèi)圈公差也較小時(shí)，則徑向配合相對(duì)較緊，裝配后其徑向游隙將受到一定的影響。熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)圈的較大膨脹，有可能導(dǎo)致負(fù)游隙。微量的負(fù)游隙有利于軸承正常運(yùn)行，但較大負(fù)游隙對(duì)軸承運(yùn)行很不利，溫度較高，通過(guò)外圈的膨脹而減小負(fù)游隙的程度。另外軸承運(yùn)行時(shí)，軸承外圈與軸承套必然也出現(xiàn)過(guò)盈，而使?jié)L動(dòng)體受擠壓，招致軸承因發(fā)熱過(guò)早而損壞。(2)為避免軸承外套在軸承室中周向滑動(dòng)，可使端蓋(或軸承套)與軸承內(nèi)、外蓋止口深度在軸向的累計(jì)公差為“+”，且累計(jì)在內(nèi)、外蓋的平面接合面處，以保證內(nèi)、外蓋夾緊軸承外套(在軸承內(nèi)外蓋的設(shè)計(jì)時(shí)，止口長(zhǎng)度的公差等級(jí)可用H11而不是h11)。對(duì)于隔爆型電機(jī)，此間隙不要大于0.2mm。數(shù)控或數(shù)顯機(jī)床均可以保證此公差。(3)三相異步電動(dòng)機(jī)的軸承游隙選用上，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在低壓電機(jī)中，2p電機(jī)一般都選用C3組游隙，4p電機(jī)可以選用C3組游隙或標(biāo)準(zhǔn)游隙，6p及以上則都用標(biāo)準(zhǔn)游隙即可。在高壓電機(jī)中，2p及4p電機(jī)一般都選用C3組游隙，6p及8p電機(jī)選用CM游隙，10p及以上電機(jī)選用C0游隙。當(dāng)然此游隙的選擇都是只針對(duì)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而講，如果客戶有特殊要求那就另當(dāng)別論了。

2.3 零部件加工精度不夠及電動(dòng)機(jī)裝配不當(dāng)導(dǎo)致軸承發(fā)熱

在機(jī)械加工過(guò)程中造成軸承發(fā)熱的原因有兩點(diǎn)：(1)電動(dòng)機(jī)機(jī)座兩端止口不同心，造成兩端蓋或軸承套與機(jī)座安裝后兩端蓋或軸承套的中心線不重合，影響軸承內(nèi)外圈不平行和兩端軸承不同心而引起額外磨損發(fā)熱。(2)端蓋或軸承套加工偏心，造成兩端的端蓋或軸承套不同心引起軸承發(fā)熱。現(xiàn)特別要指出的是軸承套這個(gè)零件，從保證同軸度來(lái)說(shuō)，能不用最好不用，因?yàn)橛兴鼤r(shí)，軸承先裝入軸承套，軸承套再裝入端蓋中，多一道徑向配合的尺寸鏈誤差，對(duì)于保證同軸度來(lái)說(shuō)，顯然不如將軸承直接裝入端蓋中好。以上兩點(diǎn)要求機(jī)械操作人員在加工零件的時(shí)候要嚴(yán)格按照加工工藝保證同軸度。

電動(dòng)機(jī)裝配不當(dāng)導(dǎo)致軸承發(fā)熱的原因也有兩點(diǎn)：(1)端蓋與機(jī)座裝配不當(dāng)，如止口清理油漆不干凈、端蓋螺栓受力不均、使端蓋裝偏等，使軸承發(fā)熱。(2)軸承蓋特別是軸承內(nèi)蓋安裝時(shí)螺栓受力不均，使軸承蓋與轉(zhuǎn)軸相擦而使軸承發(fā)熱。為了保證裝配質(zhì)量，首先要在裝配前徹底擦拭配合面的油污，旋螺栓要對(duì)稱旋緊，使每個(gè)螺栓受力均勻，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，否則要重新調(diào)整螺栓再旋緊。另外裝配軸承時(shí)最好用熱套法，因?yàn)橛美祁^通過(guò)銅套筒敲擊軸承的內(nèi)或外圈(有的裝配工人甚至用榔頭直接敲擊軸承)都會(huì)使軸承受力不均勻而損壞軸承。而加熱方法應(yīng)在烘箱或感應(yīng)鐵心式軸承加熱器上加熱，不可以用油煮加熱，因?yàn)橛椭髸r(shí)會(huì)把機(jī)油滲入到軸承內(nèi)部與潤(rùn)滑脂混合，使?jié)櫥冑|(zhì)。加熱時(shí)溫度控制在100℃以內(nèi)，因?yàn)闈?rùn)滑脂不許超過(guò)100℃，否則會(huì)流出，另外軸承在高溫下(比如超過(guò)200℃)，軸承鋼中殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，將導(dǎo)致軸承內(nèi)外圈的圓周長(zhǎng)度增長(zhǎng)而引起振動(dòng)發(fā)熱，另外如此高的溫度相當(dāng)于為軸承進(jìn)行了退火處理而使軸承硬度降低。

2.4 軸承的潤(rùn)滑

首先軸承潤(rùn)滑脂牌號(hào)要選用正確，一般情況下，低壓三相異步電動(dòng)機(jī)用ZL-3號(hào)鋰基脂的較多；高壓三相異步電動(dòng)機(jī)用BHP高溫耐壓2號(hào)鋰基脂較為合適。軸承裝配涂潤(rùn)滑脂時(shí)，一定要把潤(rùn)滑脂用油槍擠嵌進(jìn)軸承的滾道內(nèi)，而且潤(rùn)滑脂量一定要擠滿，因?yàn)閿D進(jìn)去的潤(rùn)滑脂正是軸承工作時(shí)生成油膜的來(lái)源，有的裝配工人在給軸承涂潤(rùn)滑脂時(shí)軸承兩邊涂的很多，而滾道內(nèi)卻忽視不擠進(jìn)去，裝配好電機(jī)一試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承有空響聲并伴發(fā)熱癥狀。其原因就是潤(rùn)滑脂沒(méi)擠進(jìn)軸承滾道而使軸承干磨。其次是加油脂量的多少，試驗(yàn)反映，油量過(guò)多或過(guò)少皆不合適。太多會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱，太少則軸承響，起不到潤(rùn)滑作用，同樣要發(fā)熱，所以只能適量而已。一般規(guī)定油脂量2p時(shí)為軸承室的1/2，4p及以上時(shí)為2/3。再次潤(rùn)滑脂一定要保持清潔干凈，不得變質(zhì)或混入雜質(zhì)。

2.5 機(jī)械負(fù)載的影響

(1)機(jī)械負(fù)載與電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)不下，未做好定中心工作。一般剛性聯(lián)軸器允許的徑向偏差為0.03～0.05mm,允許的軸向偏差為0.02～0.04mm。聯(lián)軸器直徑大者取較大的允許偏差值。而采用彈性聯(lián)軸器時(shí)，當(dāng)聯(lián)軸器直徑小于200mm時(shí)，允許的徑向、軸向偏差為0.05mm；直徑大于200mm時(shí)，允許的徑向、軸向偏差按下式計(jì)算

式中，φ—聯(lián)軸器外徑,mm。

(2)皮帶輪張力過(guò)大而在徑向拉軸承，使軸承發(fā)熱。上海某制漆企業(yè)向我們訂購(gòu)了一批低壓隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，靠皮帶輪帶動(dòng)制漆設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)絕大部分電機(jī)軸承有噪聲及發(fā)熱，而皮帶輪因?yàn)榉N種原因不能調(diào)節(jié)松緊，因此，我們只能選用軸承室公差為下差的法蘭端蓋換上，結(jié)果上述現(xiàn)象全部消失，電機(jī)至今運(yùn)行正常。此說(shuō)明問(wèn)題的出現(xiàn)可用各種不同的角度去思考和解決。

3 結(jié)語(yǔ)

軸承是三相異步電動(dòng)機(jī)上極為重要的零部件，而且軸承又是極為嬌貴的，因此我們只有從軸承的選用、軸承的裝配及運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)等過(guò)程中層層把關(guān)，嚴(yán)格按照正確方法選用軸承，三相異步電動(dòng)機(jī)的軸承運(yùn)行溫度就會(huì)得到有效控制。

[1] 楊萬(wàn)青.防爆防腐電機(jī)檢修技術(shù)問(wèn)答. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.4.

[2] 趙家禮.大中型電動(dòng)機(jī)節(jié)能挖潛修理改造實(shí)踐.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5.

[3] 趙家禮.起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī)修理·防爆防腐電動(dòng)機(jī)修理·潛水電泵與泵用電動(dòng)機(jī)修理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.3 (電動(dòng)機(jī)修理手冊(cè):單行本).

Analysis on Bearing Temperature Rise of Three-Phase Induction Motor

HuiJianxin

(Zhongda Electric Motor Co ., Ltd ., Wuxi 214145, China)

In view of high bearing temperature phenomenon of three-phase induction motor, this paper points out various factors of causing high bearing temperature such as type selection, mating, assemble and operation state, and finally proposes some kinds of effective measures to solve problem of high bearing temperature.

Three-phase induction motor；bearing temperature；mating； lubrication；experiment

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.06.14

TM301.4+1

B

1008-7281(2016)06-0043-003

惠儉新 男 1978年生；畢業(yè)于江南大學(xué)， 現(xiàn)主要從事高低壓防爆三相異步電機(jī)的設(shè)計(jì)工作.

2016-09-29