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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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電動機軸承受力剖析及總裝預防措施

2013-10-18

陳金剛
（德州恒力電機有限責任公司，253002）
　　摘　要：主要講述三相異步電動機運轉時，在有害外力作用下，電機軸承游隙的變化情況。因此，在電機零部件的加工和裝配過程中，應采取措施，盡量保證軸承在正常游隙的狀態下運行，從而避免軸承發熱，提高工作壽命，減少電機振動和噪音。
　　關鍵詞：三相異步電動機；軸向力；徑向力；軸承游隙
　　1　游隙對軸承壽命的影響
　　三相異步電動機的振動及噪音大部分是軸承的滾動體偏離正常滾道運轉時所引起。當軸承的滾動體受到不應有的外力時，直接表現為軸承的振動噪音加大。長時間運行就會造成軸承過熱，加速縮短軸承壽命，進而引起電機掃鏜，導致軸承損壞抱死，設備無法運轉。軸承的轉速、溫度及配合公差都直接關系到軸承游隙的大小，一般在3500r/min以下轉速的電機大多采用較小的游隙，高溫、高速電機通常采用相對較大的游隙。軸承游隙在裝配后會因為內孔的漲大及外圓的縮小而導致游隙減少，游隙的減少量=過盈量×60％左右（軸承室是鋁的除外）。比如軸承裝配前游隙是0.01mm，裝配時過盈量為0.01mm，則軸承裝配后的游隙約為0.004mm。在理論上軸承游隙小時噪音和振動小，在實際運轉中考慮到軸承溫升等問題的影響，軸承在裝配后游隙不宜過小，特別是大機座電機，應考慮電機溫升穩定后各零部件因膨脹量不同，造成軸承游隙的變化。一般H280及H280機座號以下軸承游隙為0.002mm～0.004mm較好，而H315及H400機座號軸承游隙為0.004mm～0.008mm為宜。軸承是高精度產品，如裝配不當很容易對軸承溝道造成損傷，導致軸承損壞。因此，軸承在裝配時應有專用的模具，不能隨意敲打，在壓入軸時只能內圈受力。
　　2　軸承的選用及其游隙
　　軸承一般是由軸承內套、外套、支架和滾動體四部份組成。鋼球是深溝球軸承和角接觸球軸承的滾動體，當它在軸承內套，外套所形成的具有波浪起伏狀的滾道上滾動時，撞擊內外滾道，會產生振動和噪音。軸承安裝好后，內外套和支架在不受有害外力時基本固定不變，鋼球在其形成的滾道中正常運行。此時，軸承的軸向游隙基本是平均分布在滾動體的兩側。軸承的工作游隙正常，滾動體在滾道上的運行軌跡基本上是單一的圓，軸承的滾動體運行時與內外壁的位置示意圖如圖1，電機振動和噪音較低。
　　不同機座號電機軸承的選用。H160機座號及以下的電機由于轉子本身較輕，無論何種安裝形式，兩端均用球軸承；機座號為H180至H280臥式電機，兩端均用球軸承；H315及H315以上臥式電機一般軸伸端用柱軸承，后端用球軸承。機座號為H180及H180以上立式電機一般下端用角接觸球軸承，上端用深溝球軸承。角接觸球軸承既可承受電機立式使用時轉子本身帶來的軸向力，又可承受電機帶載運行時負荷帶來的徑向力。深溝球軸承除可承受徑向力外，亦可承受輕微軸向力，用在非受力端。
　　3　對累積誤差的修正
　　軸承在運轉過程中，如果因軸向尺寸累積誤差引起軸承受到軸向力，鋼球和內外滾道的接觸點會由滾道圓弧面的中間向側面移動，軸向游隙隨之減少。當軸向游隙減少到零時，鋼球與滾道的接觸點移到圓弧面的邊緣位置，使內外套的軸向相對位置產生偏移，軸承的工作游隙亦減小為零。這樣將迫使軸承內套帶著轉子，相對于軸承外套沿軸向來回擺動，在這些力的交替作用下產生往復運動，撞擊端蓋，會產生較大的軸向振動。此時，只須松開軸承蓋的緊固螺栓，使軸承的軸向游隙得到恢復，振動會明顯減小。軸承在受到軸向力的狀態下，運轉時滾動體與內外壁的位置示意圖如圖2。這種情況下一般在前或后軸承外小蓋處加波形彈墊圈，迫使軸承外套中心線與軸承內套中心線重合，以保證鋼球在正常滾道上運行，降低由此帶來的振動和噪音。
　　4　因形位公差引發的修正
　　軸承裝配過程中，與軸承配套的零部件的形位誤差常會造成軸承的偏斜角過大，引起軸承振動，并產生噪音。軸承的偏斜角是軸承內圈軸心線相對軸承外圈軸心線的偏斜角度，這個角度一般不應超過16′。當偏斜角度過大時，相對位置的鋼球就會同時使軸承內外套的側面受到相反的作用力，此時軸向游隙減少至零。運行鋼球出現軸向擺動，滾道形成多個運行軌跡，工作游隙亦減小為零，轉子趨向歪斜運行，軸承內套帶動轉子作軸向往復運動，撞擊端蓋，產生振動和噪音。由此而產生的振動是整個轉子的運動引起，振動幅度很大，往往超出標準幾倍。對此，解決措施主要在機加工過程中保證各配合面的平行度和同軸度，減少由形位誤差帶來的影響。并注意電機總裝時，配合面均勻緊固，接觸良好。軸承偏斜角增大時，滾動體與內外壁的位置示意圖如圖3。在這種情況下，調整端蓋和軸承蓋的緊固螺栓，使偏斜角減小，可使軸向振動明顯降低。解決此類問題，一般通過更換與機殼和軸承配合的大蓋，減少端蓋軸承室內圓對止口外圓的同軸度及軸承室內圓軸心線對止口配合端面的垂直度誤差來解決偏斜角過大的問題。在實驗過程中，如果轉子平衡度正常，振動嚴重超標，一般是由此種原因造成，這時電機運轉一段時間，軸承會明顯發熱或噪音嚴重超標，對此主要通過更換與軸承關系密切的零部件來解決。
　　5　立式電機軸承
　　對于立式電機，由于電機轉子本身的重量，在電機下端軸承受到軸向力，上端不受軸向力的情況下，轉子兩端軸承的滾動體才能在正常滾道上運行。軸向尺寸累積誤差，有時會使上端軸承內圈受向下拉的力，而下端軸承又不能到位，迫使下端軸承的滾動體在外套上壁和內套下壁之間運行，運行示意圖如圖4。上端軸承的滾動體在外套下壁和內套上壁之間運行，運行示意圖如圖5。兩端軸承的工作游隙都趨向于零，因而電機產生振動，噪音。
　　長時間運行會導致軸承損壞、抱死，需車去上端軸承的內小蓋與軸承外圈配合的止口面，增加轉子的軸向容許誤差，使轉子重量作用于下端軸承，從而使兩端軸承在正常滾道上運行，降低振動和噪音。
　　6　總結
　　綜上所述，電動機軸承工作時的軸向游隙能否有效保證，是控制電機振動和噪音的關鍵因素。軸向尺寸累積誤差和軸承的偏斜角是造成電機軸承軸向游隙減少的關鍵指標。所以，在電機零部件加工和總裝過程中，應盡力保證各配合面的同軸度，減少軸向尺寸累積誤差，盡力使軸承的軸向游隙得到保障，以保證軸承在正常軌道上運行，減小軸承的振動和噪音，從而保證軸承壽命，使設備正常運行。
來源：2012年第3期《電機技術》