立式电机轴承温度过高的影响因素和问题处理

陈 金 刚

(德州恒力电机有限责任公司,山东 德州 253002)

0 引 言

立式电机是电机输出轴的轴心线垂直于底盘或变速机构的电机，其突出特点是安装孔以输出轴为中心，周围等距分布。电机使用过程中，时常因轴承选型和零部件与轴承配合存在的隐性问题，造成电机或轴承温度过高，不符合设备使用要求。因此，在检修过程中，对立式泵电机定子和轴承发热现象进行整治，通过测量和试验验证了整改的效果。

1 设计工艺整改方案

针对立式电机定子发热对定转子铁心和线圈数据进行了调整，增加了电机的负载承受能力。针对电机轴承热，重点保证电机温升稳定后轴承运转时轴承的轴径向间隙，主要采取以下措施：(1)对前后端盖轴承室尺寸公差进行调整，端盖轴承室直径公差去掉下偏差，减小因装配造成的轴承径向间隙减小量，并在加工完成后进行挤压工艺处理。(2)轴承外小盖止口高度进行调整，降低上端外小盖止口高度，消除轴向累积公差造成的轴承轴向间隙的减小。(3)针对角接触球轴承既可承受立式电机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。对轴承的选用做出规定，H160及H160机座号以下电机由于转子本身较轻，两端均用球轴承；机座号H180至H280立式电机两端均用C3大游隙深沟球轴承；H315及H315以上立式电机一般下端用角接触球轴承，上端用C3大游隙深沟球轴承。(4)电机装配完成后进行端径跳和轴跳测量，对不合格电机及时进行调整，保证端径跳及轴跳在标准范围内，从而减小形位公差对轴承游隙造成的影响。(5)电机端径跳和轴跳合格后，对电机做空载温升试验，测试电机轴承温升，稳定温升不超过40 ℃，最高温度不超过85 ℃。对轴承温升不符合要求的电机进行拆检，分析原因，找出问题根源。

2 立式电机轴承游隙对轴承温度的影响

2.1 立式电机轴向尺寸累积公差对轴承轴向游隙的影响

立式电机轴承在运转过程中，若因轴向尺寸累积公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动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，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，产生较大的轴向振动。此时只须松开轴承外盖的紧固螺栓，使轴承的轴向游隙得到恢复，振动会明显减小。这种情况下，提高轴的加工精度，能起到一定作用。要从根本上解决，通常将轴伸端两轴承盖止口和轴承外圈端面的尺寸间隙由0.5 mm改为1 mm，增加容许累加公差，消除轴向累积公差对轴承轴向间隙的影响。

2.2 立式电机与轴承配套的零部件的形位公差对轴承轴向游隙的影响

立式电机轴承装配过程中，与轴承配套的零部件的形位公差超标会造成轴承的偏斜角过大，引起轴承振动，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。该角度一般不超过16′。当偏斜角度过大时，相对位置的钢球会使轴承内外套的侧面同时受到相反的作用力。此时，轴承的轴向游隙减少为零，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，由此产生的振动是整个转子的运动引起，振动幅度大，往往超出标准几倍。对此，主要在机加工过程中保证各配合面的平行度和同轴度，减少由形位公差带来的影响。电机总装时，注意配合面均匀紧固，接触良好。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。在试验过程中，若转子动平衡合格，电机振动严重超标，一般是由此种原因造成。此时电机运转一段时间，轴承会明显发热或噪音严重超标。为解决偏斜角过大的问题，通过对端盖轴承室内圆进行挤压整形，更换或修正与机壳和轴承配合的端盖，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公差量。

2.3 立式电机轴承的受力情况和修理措施

对于立式使用的电机，由于电机转子本身的重量，在电机装配完成后，电机下端轴承受轴向力，上端不受轴向力的情况下，转子两端轴承的滚动体在正常滚道运行。当电机运行一段时间后，电机温度上升，对外风扇冷却的电机，转子的温升明显高于定子，致使转子膨胀量比定子大，转子两端轴承外移。如果电机轴向存在间隙，转子两端轴承外移后，轴承不会受到额外的轴向力。如果转子两端轴承外移量超过电机的轴向间隙，轴承受到不应有的轴向力时，两端轴承的工作游隙都趋向于零，导致电机产生振动，噪音。长时间运行会导致轴承损坏，抱死。为解决此种故障中，需要车上端轴承的外小盖与轴承外圈配合的止口面，增加转子的轴向容许量，从而使两端轴承在正常滚道上运行，降低振动和噪音。

3 检查试验的验证

立式电机的法兰端盖加工完成后，先进行端径跳测量，合格后再装配，装配完成后，出厂前除常规检查试验外，还进行法兰端径跳和轴跳测量，合格后对电机绕组，轴承进行空载温升试验，以确保电机质量。

3.1 电机装配完成后的机械检查

电机装配完成后首先进行总体检查。查证电机零部件装配完整情况，各部件安装是否到位，螺栓紧固是否完好，然后对电机进行电气性能的常规试验，试验合格后进行端径跳和轴跳测量。端径跳超差通常会造成电机与配套设备存在应力，轴承运行轨迹轴线与轴承中心线偏斜角过大，轴承磨损严重，温升加剧，缩短轴承寿命，严重时轴承抱死。立式电机的端径跳受零部件平行度，轴承间隙，装配应力等方面影响，装配完成后易造成不合格。对此，通常通过整机车来保证端径跳，使其在合格范围内。不同机座号电机的端径跳合格范围如表1所示。

表1 不同机座号电机的轴跳和端径跳合格范围

3.2 电机空载温升试验

电机端径跳和轴跳测量合格后，放置在立式电机测试平台上进行空载轴承温升测试。电机空载温升试验主要测试电机轴承的温度，电机绕组温升试验在样机试制完成后，型式试验已验证绕组温升合格，所以空载试验重点是测量轴承温升，检测电机整体温度升高，定转子膨胀后，轴承的游隙变化，确定轴承所受轴向和径向力的状态，从而对电机温度升高后的轴承受力情况进行验证。

3.3 立式电机轴承温度测量方法和测试过程中轴承温升的基本规律

图1 PT100测温元件

中型立式电机的前后轴承处一般都装有PT100测温元件，轴承温度可利用电机所装PT100测温元件进行温度测量，如图1所示。对没有安装PT100的电机可用数位温度表通过测温杆测量轴承外小盖上注油孔底部温度。比较两者测量数值，两种方法测得的轴承稳定温度差值在2 ℃以内。机壳温度直接用测温枪近距离(距测试点5～10 cm)测试。基准点选在通风良好的电机中间位置。电机进行空载运转时，每15 min测一次温度，轴承空载运转温度根据机座号不同一般H280及H280以下电机1～2 h达到热稳定，如图2所示。H315～H355电机2～3 h达到热稳定，如图3所示。H400～H560电机3～5 h达到热稳定，如图4所示。

图2 Y250M-4-H立式电机轴承温升走势图

图3 Y355L2-4-H立式电机轴承温升走势图

图4 YVF-500M2-4立式电机轴承温升走势图

一般轴承温升合格电机，在开始30 min内，轴承温度变化较快，大约温升在20～30 ℃；30～60 min温升变缓，正常情况下在10 ℃左右；60～90 min温度升幅更小，一般不会超过5 ℃；90～120 min温升趋向稳定，此时每隔15 min温升在1～2 ℃；120～180 min时，温度基本达到稳定，此时即使有温升，每隔15 min温升在0.5～1 ℃浮动，轴承温升与机壳温升持平或小于机壳温升，轴承温升趋于稳定；180 min以后，如果电机合格，轴承温度不会再升或呈下降趋势，如果电机轴承温升存在问题，则电机在90～120 min温升增幅一般不会减慢，并有上升趋势，即使出现暂时的减缓，

在120～180 min时，温升也会重新加大增幅，对于前端为推力轴承的立式电机，此时一个明显的特征是：后轴承温升增幅明显高于前轴承，这时必须时刻注意，如果后轴承温度达到80 ℃以上，应立即停止运转，进行修理，以防电机轴承抱死。

4 结 语

电机轴承作为电机运转的一个关键部件，对保证电机稳定运行具有重要意义。轴承运转过程轴承游隙是影响电机轴承温升的关键因素。轴承轴径向游隙受尺寸公差，位置公差等各方面影响，装配完成后，时常造成游隙偏小，特别对于中型立式低压大功率电机，由于定转子长度均在1 m以上，所以设计时，需要考虑定转子温度升高后的膨胀量问题，应根据电机的冷却方式，不同材料的膨胀系数，考虑机壳与转子膨胀量因温升的差异造成的不同。避免电机温度增高以后轴承游隙趋向于零的现象发生，保证轴承的轴径向游隙在轴承的正常运转范围内变化。

【参考文献】

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