三相異步電動機滾動軸承裝配和運行故障解析

陳金剛，黃莉明，張紅枝

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三相異步電動機滾動軸承裝配和運行故障解析

陳金剛，黃莉明，張紅枝

（德州恒力電機有限責任公司，山東 德州 253005）

本文主要講述三相異步電動機滾動軸承裝配注意事項和常見故障。對決定滾動軸承運轉性能的配合公差和裝配間隙進行分析。重點對電機運轉過程中滾動軸承產生的噪音，過熱等現象進行解析，并提出預防改進措施。

三相異步電動機 滾動軸承裝配 配合公差

0 引言

滾動軸承是三相異步電動機最重要的支撐旋轉部件。電機運行時軸承噪音大，過熱是常見故障，原因多種多樣，有時很難準確診斷，因而在很多情況下處理不及時，造成電機更大的損壞，縮短電機壽命，影響正常生產。為降低軸承損壞對電機壽命的影響，電機運行過程中，可對軸承運轉情況進行辨別。靠近正在運轉的電機軸承部位，如果聽到滾動體在內外圈中有隱約的滾動聲，聲音輕快均勻，運行平穩，說明軸承運轉良好，電機運行正常。如果軸承運轉過程中，聽到異常響聲，感覺到周期性振動，檢測到軸承溫升過快，應查找并分析原因，進行處理。一般正常情況下，電機滾動軸承的短時（持續5分鐘）最高溫度不超過100℃，穩定最高溫度不超90℃，超過極限溫度就說明電機軸承過熱，需要查明原因，排除故障，否則軸承極易損壞抱死，造成停機停產。

1 滾動軸承的裝配

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行熱套，把軸承，或可分離軸承的內圈放入烘箱中，烘箱的溫度控制在80℃~100℃，加熱保溫時間為20~40 min。裝配時，把加熱的軸承從烘箱中取出，做好隔熱防護措施，將軸承立放，豎直端平，軸承內孔對準轉軸，沿軸身平推至軸肩。如果套不進去，可能軸承變冷，或軸承裝配時存在一定角度的歪斜，這種情況下，可用合適規格的套筒頂住軸承內圈，用銅棒輕輕敲入。軸承裝配到位后，加入適量潤滑脂，通常根據電機轉速由高到低，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，在常溫下用壓力機把軸承平穩地壓裝到軸上。壓裝時，壓力施加在軸承內圈上，不能壓在軸承外圈或保持架上，壓力機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體。

2 電機配合公差和裝配間隙對滾動軸承運轉性能的影響

2.1 滾動軸承內圈與軸或外圈與端蓋配合過緊或過松

滾動軸承的運轉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。當軸承內圈與軸或外圈與端蓋配合間隙大于0.1 mm時，定、轉子就可能相擦(掃膛)。掃膛較輕時，電機可以起動運轉，但相擦部位溫升高，長時間運轉，易燒壞繞組；較重時，電機將無法起動運轉。拆開存在掃膛故障的電機，通常能看到發亮或發黑的擦傷面。

軸承的工作游隙取決于軸承的原始游隙和轉子軸承擋、端蓋軸承室與軸承內外圈的配合，在裝配后，會因內孔的漲大及外圓的縮小而導致軸承游隙減少，游隙的減少量=過盈量×60％。臥式安裝的電機，組裝配合良好的滾動軸承只承受徑向應力，如果軸承內圈與軸或軸承外圈與端蓋的配合過緊，即過盈量過大時，則裝配后會使軸承間隙變得過小，有時甚至接近于零，軸承轉動不靈活，運行中軸承摩擦阻力加大，就會發熱。如果軸承內圈與軸，或軸承外圈與端蓋配合過松，運轉過程中，軸承內圈與軸，或軸承外圈與端蓋就會發生相對轉動，同樣會引起摩擦發熱，造成軸承過熱。通常，標準中將作為基準部件的軸承內圈內徑公差帶移至零線下方，這對同一個軸的公差帶與軸承內圈形成的配合，要比它與一般基準孔形成的配合緊得多。電機組裝時，對于大機座號電機應檢查軸承內圈與轉子軸，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 電機軸承外小蓋與滾動軸承之間的軸向間隙過小或偏心

臥式大型和中型電機，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，當轉子受熱膨脹時，可以帶動軸承內圈自由伸長。臥式小型電機兩端均采用球軸承。由于電機運轉一段時間后，電機轉子散熱較定子慢，產生的熱量使轉子的溫升高于定子溫升，所以轉子相對定子存在一定的伸長量，軸承端蓋與軸承外圈之間，軸向應有適當活動間隙，否則，軸承就可能因軸向過大的熱伸長而導致軸承受軸向力而產生熱量。出現這種現象時，應將前或后側軸承端蓋軸向車去一點，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間隙。電機兩側端蓋或軸承蓋未裝好，如果電機兩側端蓋或軸承外小蓋裝得不平行或止口沒有靠嚴，會使滾動體偏出正常軌道旋轉而發熱，這時必須重新將兩側端蓋或軸承外小蓋止口裝平，使滾動體回到正常軌道運轉，并用螺栓均勻旋緊，固定。

3 滾動軸承的故障、原因和處理措施

電機滾動軸承運轉過程中由于裝配工藝不合理，零部件變形，軸承質量問題，潤滑脂選用不當，電機存放環境不適宜，與負載機械連接不良等因素的影響，常引起軸承聲音異常，過熱等故障現象。如果處理不及時，常常造成軸承的滾動體、內外圈、保持架嚴重磨損或金屬剝落，損壞軸承，甚至燒壞電機。表1列出了電機在空載和負載運行過程中滾動軸承常出現的故障現象，產生原因及相應的預防解決措施。

表 1 電機滾動軸承運轉過程中的故障現象，產生原因及解決措施

4 降低滾動軸承運轉故障的注意事項

4.1 合理選擇軸承和潤滑脂

由于電機的功率大小、安裝型式、防護等級、負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，使其適應設備的運行要求，才能減少軸承故障的發生。小型電機通常采用球軸承；中型臥式電機為保證轉子所受的徑向力，驅動端多采用滾柱軸承，非驅動端用球軸承。滾柱軸承適宜在中速和低速下運行，轉速過高會加速軸承的老化。中型立式電機下端由于受轉子本身的軸向力較大，通常選用角接觸球軸承。三相交流異步電動機大多使用開放式深溝球軸承。由于鋰基潤滑脂性能好，適用溫度范圍寬，電機用滾動軸承一般采用2號、3號鋰基脂。如YE2及其派生系列電動機的密封軸承潤滑，均使用鋰基潤滑脂，可減少維護工作量，增加軸承使用壽命，降低維護費用。對于一些高轉速(>1500 r／min)重負荷的軸承，一般選用二硫化鉬鋰基脂。對老化或變質的潤滑脂，應清洗干凈，及時更換同型號適量潔凈的潤滑脂。

4.2 采用良好的電機裝配工藝和保護檢測技術

電機運轉過程中由于軸承受到的軸向電磁分量的影響，軸身會出現軸向竄動趨勢，電機在運行時偶爾會出現頻率較低的嗡鳴聲，對此，通常在軸身端軸承外側增加一個波形墊圈，施加一個對軸承外圈預加的軸向壓力，消除軸承振動帶來的噪聲，波形墊圈允許軸承軸向自由活動，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。滾動軸承可以利用電機氣隙磁場進行電機偏心檢測，對電機磨損狀態實施在線監測，通過曲線顯示電機偏心變化趨勢，能夠及早發現軸承磨損狀況和走內圓、走外圓等故障隱患，避免掃膛事故發生。

4.3 及時更換軸承

當軸承磨損嚴重，壽命接近終了時，電機運轉時的振動及噪音將明顯增大，此時檢查軸承的徑向游隙，如果超過表2的數值，應立即更換同規格型號的軸承。

表 2 軸承游隙磨損極限值表

5 結論

綜上所述，滾動軸承的壽命由軸承的正確裝配和良好的運行狀態決定。裝配過程中應避免軸承受到損傷，各零部件加工精度和公差在良好的范圍以內，能有效保證軸承良好的運轉，減少軸承出現故障的概率。熟悉軸承的故障現象和產生原因，能夠及時發現軸承故障隱患，及時排除，延長軸承壽命，從而保證電機安全運行，節約生產成本。

[1] 陳金剛. 電動機軸承受力剖析及總裝預防措施[J]. 電機技術, 2012, (3): 46-48.

[2] 陳金剛. 電動機滾動軸承和潤滑脂及故障預防[J]. 電機技術, 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：電機檢測與故障分析。E-mail：cjg2516@163.com