异步电动机常用滚动轴承配合与游隙的浅析

2016-11-29杜毅

甘肃科技 2016年18期

关键词：游隙滚子转轴

杜毅

（兰州石化设备维修公司，甘肃兰州730060）

异步电动机常用滚动轴承配合与游隙的浅析

杜毅

（兰州石化设备维修公司，甘肃兰州730060）

本文列出了炼化装置中异步电动机电动机常用的滚动轴承的类型，并针对其在维护维修中轴承配合与轴承游隙两者相互关系在应用中涉及的问题进行浅析。

滚动轴承；公差配合；游隙组别

滚动轴承在炼化企业各生产装置的转动设备上得到了广泛引用，电动机就是其中的一类设备，而且电动机的运行质量一定程度取决于内装配轴承运转的平稳性。滚动轴承在运行过程中由于自身质量和外部条件原因，承载能力、旋转精度和耐磨性能等均会发生变化。当轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时，轴承就会发生故障或失效。轴承一旦发生故障或失效等意外情况，设备将会停转，会造成后续一系列的问题，经统计造成滚动轴承失效的原因主要有：轴承润滑脂变质失效或选型错误；轴承润滑脂太满或不足；轴承游隙过小；轴承游隙过大致使轴与轴承发生振动；轴承室内孔扭曲变形或内径过小；轴承室内孔过大，轴承外圈在轴承室内相对移动；两个或多个轴承同轴度不好；转轴轴承档直径过大，导致轴承内圈膨胀严重，减小了轴承游隙；转轴轴承档直径过小，导致轴承内圈与转轴摩擦产生相对移动；杂物、砂粒等固态污染物进入轴承内；水、酸、油等液态污染物进入轴承内；轴承装配方式不正确；轴承选型不正确等。本文通过电动机常用的滚动轴承在配合与游隙选择应用中涉及的问题进行浅析。

1 电动机常见的滚动轴承的类型

滚动轴承的类型多种多样，分类方法也很多，可以按照轴承所能承受的载荷方向分类，也可以按照滚动体的种类分类，而且根据轴承的用途也可以进行分类。本文只对目前所维护的电动机中最常用的轴承进行分析。

1.1 深沟球轴承

深沟球轴承是在电动机设备中应用最广泛的轴承，其结构简单、使用方便、摩擦因数小、极限转速高、噪音低。主要用于承受径向载荷，在轴承的轴向游隙范围内，可限制轴或轴承室两个方向的轴向位移，可起到双向轴向定位作用。但当选用径向游隙较大的轴承时，又具有一定的角接触球轴承的性能，可以承受径向、轴向联合载荷。但不耐冲击，不适宜承受重负荷。

1.2 圆柱滚子轴承

圆柱滚子轴承的滚动体为圆柱滚子，属可分离型轴承，一般只用与承受径向载荷，且承载能力强。一般圆柱滚子轴承滚子直径＞5mm，滚子长度与滚子直径之比＜3。电动机中应用较多的是有保持架的单列圆柱滚子轴承，以NU、N系列型居多，一些特殊设备例如：振荡筛电动机会采用套圈有挡边的NJ型。

1.3 角接触轴承

角接触轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷，接触角越大，轴向承载能力越高。角接触轴承因其内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，所以可以同时承受径向和轴向的联合载荷。角接触轴承相对上述两种轴承应用的较少。

2 电动机轴承的游隙与配合

2.1 滚动轴承的游隙

2.1.1 滚动轴承游隙的种类

滚动轴承从装配前到装配后再到电机运转，各个阶段轴承所处的状态不同，轴承的游隙也有所不同。根据轴承所处的状态可将轴承游隙分为原始游隙、配合游戏和工作游隙。根据字面意思不难理解三种游隙间的关系。轴承在装配前的游隙值为原始游隙，也是轴承最大的游隙值。将轴承装配到电动机转轴和轴承室内，此时轴承的游隙为配合游隙。由于轴承内圈的装配属于过盈配合，轴承内圈因过盈配合而膨胀，外圈与轴承室的配合也会使外圈收缩。这样配合游隙值会小于原始游隙。电动机运行时，轴承套圈因温度上升及内外圈温差的影响，轴承的游隙会进一步减小，此时的游隙值称为轴承工作游隙或有效游隙。

轴承游隙一般有5个组别，分别是2组、0组、3组、4组合五组。其中0组属于一般游隙，2组比0组小属于小游隙，3组、4组和5组属于大游隙。以深沟球轴承为例，下表是2组内径范围内各组别游隙值得对比。目前我们所维护电动机设备多装配为C3组别的滚动轴承，见表1。

表1 深沟球轴承径向游隙（单位μm）

2.1.2 滚动轴承游隙的选择

游隙是决定轴承能否正常工作的重要因素，但我们通常选择轴承时总会忽略选择合适轴承游隙的重要性。选择适当的轴承游隙，可以使载荷在滚动体之间合理分布，提高旋转精度，降低轴承工作时的振动和噪音。

轴承游隙的选择考虑的因素很多，不仅要考虑轴承的工作条件（如载荷、转速、温度等），还要考虑电动机轴承装配过盈量的大小对轴承游隙的影响情况。从理论上说对于滚动轴承最适宜的工作游隙近似为零值，稍微有点负工作游隙时，轴承使用寿命最长，但实际上要保持这种状态非常困难。在对电动机进行维护维修时，我们通常按照电动机原装配的轴承进行同型号更换，但由于机加工工艺水平的不同，导致轴承配合尺寸发生变化，也会对轴承游隙造成影响。因此，选择轴承游隙时要根据轴承的配合情况，运行温度，载荷大小等因素进行选择。

2.2 滚动轴承的配合

电动机轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴承外圈与端盖轴承室的配合采用基轴制。一般电动机轴承配合标准为：轴与轴承内圈配合采用过盈配合，轴承外圈与端盖轴承室配合采用过渡配合。

滚动轴承配合装配的目的是要把轴承内圈牢固地固定于轴上，使轴承不发生蠕动。如果轴承内圈与转轴发生相对滑动，则会产生不正常的发热和磨损，造成轴承寿命缩短，提前失效。轴承外圈与轴承箱（室）配合则要求过渡配合，主要因为电动机在运行时转轴受温度变化引起膨胀或收缩，轴承外圈可以在轴承箱（室）内轴向移动来解决这一问题。

3 电动机维护中轴承游隙和配合选择的现状

我车间现维护公司多个分厂装置的电动机设备，选择装配的多数为滚动轴承，轴承的运行状况直接影响电动机运行质量。轴承游隙与配合的选择是保证轴承良好运行的关键之一。

从现阶段我们维护现状来看，电动机轴承配合没有完全按照机械设计手册中配合公差等级进行选择公差，而是通过机械设计手册中配合公差等级再根据轴承内外径给出一定的经验范围值，主要因为一是我们机加工工艺水平影响，电动机配合面的修复方法主要以轴的堆焊和端盖轴承室的镶套为主，但堆焊和镶套所用的材质会相对原材质偏软，而且经常用此方法修复配合面，也会使配合面强度降低，所以在修复加工过程中会按照实际情况对配合尺寸进行调整。下表为比较适合电动机轴承配合的公差选择范围，见表2。

表2 轴和轴承内圈的配合公差（单位mm）

表3 轴承外圈与端盖内孔的配合公差（单位mm）

目前在选择装配轴承时通常选用游隙组别为C3类型属于大游隙的轴承，但过大游隙并不利于轴承的运行。经过对我们维护现状发现，目前使用C3游隙组别的轴承有以下一些原因。

1）轴承装配的配合面以过盈配合为主，轴承内圈与转轴配合过盈量比较大，轴承外圈与端盖轴承室配合一般选择为过渡配合，但实际修复加工过程中配合公差会保持在-0.01mm～+0.01mm。这就要求轴承在装配前要有足够的游隙，来满足这样的紧配合。以深沟球轴承为例，轴承内径80～100mm之间，游隙C3组别的轴承径向游隙在0.03～0.058mm之间，取中间值0.044mm，轴承内圈与转轴配合过盈量选择为0.025mm，轴承外圈与端盖轴承室配合过盈量选择为 0.01mm，这样轴承装配后游隙约为0.01mm，电动机带负荷运转时由于轴承内外圈温差及相关部件的热膨胀会导致轴承的游隙进一步减小，若装配后轴承游隙过小或没有，轴承工作游隙过紧，轴承内部滚动接触应力增大，轴承发热量增加，将导致轴承在运转时发生抱死。所以根据轴承的配合，且运行温度较高的因素，应选用较大的游隙组别。

2）由于电动机运转时转轴会被轴向拉伸，所以要求轴承外圈能在端盖轴承室内能够按照拉伸力的方向做轴向移动，防止轴承因转轴拉伸造成轴承卡死现象。但若电动机运行时由于温度影响导致轴承内外圈都属于紧配合时，轴承外圈无法按照拉伸力的方向进行轴向移动，而且当两端都使用的深沟球轴承，轴承内外圈都带有挡边，此时就需要所装配的轴承有足够的轴向游隙来弥补外圈无法移动的问题。

3）电动机轴承配合面机加工修复工艺水平有限，由于设备和人员工艺水平的有限，电动机配合面的修复加工会存在一些误差，也无法达到过于精细的水平，所以在机加工时的配合尺寸多少会存在误差。

上述是现阶段我们对维护电动机轴承游隙组别选择的一些现状，但使用C3大游隙组别的轴承也存在一些不利于轴承长期使用运行的因素。

1）在电动机检修完毕后，电动机空载试车是一项重要工作。按照我公司电动机检修规程规定，低压电动机（380V以下）检修完毕需空试30min，高压电动机（6000V以上）空试240min。由于大游隙的轴承在无负载或低负载状态下运行时，轴承预紧力不够，轴承滚珠在滚道上不会完全滚动而发生滑动，这样对轴承滚道和滚珠均会发生损伤。所以对于游隙较大轴承长时间的空试会影响到轴承完好性。

2）若轴承工作游隙过大，电动机在运转时轴承所承受的载荷不会均匀分布在所有滚珠上，载荷会局部集中在轴承特定的某些部位，导致轴承在运转时所有滚珠不能同时均匀受力，缩短轴承寿命。如图1所示是某电动机轴伸端滚柱轴承，电动机因振动过大停机检修，拆卸下轴承发现轴承内圈有1/3处出现了明显压痕，其它部位未出现此类压痕。可以判断为是轴承承受载荷不均匀所致。