提高电动机滚动轴承的使用寿命

2015-03-04王兴旺

防爆电机 2015年2期

王兴旺

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)

0 引言

电动机作为一种机电能量转换的装置，应用在各大领域。由于滚动轴承损坏(包括轴承温度高)而返厂维修的情况经常发生，因此，只有提高电动机轴承的使用寿命才可以节约维修费用。所以，对“轴承结构”(这里指端盖、轴承内盖、轴承外盖等的总称)设计要严谨，认真。

1 轴承的配置与定位

电动机转子通常由一个固定的轴承结构和一个浮动的轴承结构所支承。固定的轴承结构靠轴承内外盖止口将轴承外圈卡住起到轴向定位作用。浮动的轴承结构是指轴承内外盖止口与轴承外圈端面有间隙，可以允许轴作轴向移动。例如在轴发生热膨胀时，轴承不会因此而承受过大的额外负荷。要完全达到轴承的使用承载能力，轴承内外圈的整个圆周，必须完全受到坚固和均匀的支承。因此与轴承套圈相配合表面的加工要达到标准的精度，并且不应有任何沟槽、孔或其它不连续的形状。此外，轴承套圈必须固定，以防止在负荷作用下轴承套圈在其配合面之间滑动。一般来说要有合适的过盈量，轴承套圈才可固定在径向方向并受到足够的支承。如果轴承套圈没有正确或充分的固定，很容易造成轴承和相关部件的损坏。深沟球轴承应用在浮动的轴承结构，需要具备轴向移动的功能，因此轴承外圈就不能采用过盈配合，要采用间隙配合。间隙配合的轴承外圈可能会与其配合面之间产生转动(蠕动或漂移)，并导致接触表面磨损(摩擦腐蚀)。这需要采取一些特别的手段来减少因蠕动而导致的磨损，例如:表面硬化轴承的配合面及挡肩通过特别的润滑槽来润滑配合面，排除磨损微粒或利用轴承侧面的定位键槽将轴承固定。随着负荷的增加，轴承会发生变形，因此过盈配合的内圈也可能会变松。因此过盈量是取决于负载的大小;负载越大，特别是有冲击负载的情况下，所需的过盈量也越大。

2 轴承的内部游隙

轴承内部游隙的定义为其中一个轴承套圈相对于另一个轴承套圈在径向(径向游隙)或轴向(轴向游隙)可移动的总距离。对于轴承的游隙，区分在安装前的游隙与安装后并达到其工作温度的游隙(工作游隙)。轴承安装前的游隙一般比工作游隙大，是由于不同过盈量的公差配合，以及轴承套圈与邻接部件不同程度的热膨胀，导致套圈膨胀或压缩。为了使轴承良好运行，径向游隙十分重要。一般准则:球轴承的工作游隙应为零或者有轻微的预紧。但对于圆柱滚子轴承在运行时必须保留一定的剩余游隙。就算是很小的游隙，一般正常的工作条件下，选择普通组游隙的轴承就可得到合适的工作游隙。但当工作和安装条件与一般情况有区别时，如轴承的两个套圈都是以过盈配合或套圈温度差别的影响很大，则应选用游隙比普组大的轴承。轴承内部游隙的补充代号见表1。

表1 轴承内部游隙的补充代号

3 摩擦力距

摩擦是导致滚动轴承发热的主要原因，因此也是决定轴承温度和提高轴承寿命的关键因素。摩擦的大小取决于负荷和其它几个因素，其中最重要的是轴承的类型和尺寸、转速、润滑剂的用量。轴承转动时的总阻力，是由部件之间的滚动和滑动磨擦所构成，包括滚动体和保持架之间的摩擦、引导面与滚动体或保持架的摩擦，还有润滑剂内的摩擦和接触式密封的滑动摩擦。轴承的固定摩擦系数见表2。在一定的条件下［轴承符合P≈0.1(基本额定动负荷N)、润滑良好、一般的工作条件］运用以下的公式，使用固定的摩擦系数μ，可以足够准确地计算出摩擦力距

式中，M—摩擦力距(N mm);μ—轴承的固定摩擦系数，轴承的固定摩擦系数见表2;P—当量动负荷(N);d—轴承内径(mm)。

表2 轴承的固定摩擦系数

4 轴的热膨胀

目前，国内2 极的中小型电机一般浮动端都选用深沟球轴承。为避免轴承外圈与轴承室之间产生转动，轴承外圈与轴承室的配合仍采用过渡配合，加上电机运转时轴承本身的热膨胀，使轴承很难因转轴受热伸长而在轴承室中沿轴向“游动”而使轴承损坏。过程:电机运行使转轴受热膨胀身长→推动轴承向外移动→轴承轴向游隙“吃光”→轴承承受额外的轴向力→轴承内外圈及钢球变形→轴承的公差尺寸被破坏→轴承加速损坏。

轴承随转轴热胀冷缩的游动量

式中，t2—热态时转轴温度(℃);t1—电机装配时的环境温度(℃);L—轴承距(mm)。

球轴承的轴向游隙

式中，g—轴承的径向游隙(mm);d—钢球直径(mm)。

若以选用两个6320 深沟球轴承的2 极电机为例，基本组的径向游隙(由轴承手册查取)

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

两个轴承的最大轴向游隙之和为0.528mm，仍小于Δt。即便是选用最大游隙组的6320 轴承，代入后得到的Smax=0.394×0.394=0.788。仍小于Δt，此处的取值均为原始的径向游隙和轴向游隙。装到电机上形成的配合游隙，以及工作时形成的工作游隙均小于此值，这就意味着会出现轴承加速损坏现象。