電機中的滾動軸承(一)
2020-07-20 在電機中使用的滾動軸承的目的是:
◆支撐和定位轉(zhuǎn)子;
◆保持氣隙均勻;
◆從軸到電機機座傳遞載荷;
◆滾動軸承應(yīng)能滿足高速和低速運行的要求;
◆限度地減小摩擦并節(jié)省能源。
1、電機中的滾動軸承的設(shè)計要求
尺寸
絕大數(shù)情況下,輸出功率決定了軸的尺寸,軸的尺寸又決定了軸承的孔徑?,F(xiàn)在的趨勢是為了獲得更緊湊設(shè)計而使用更小界面的軸承。
載荷
要給特定應(yīng)用選擇的軸承,必須考慮到所有的載荷。除零部件的重量外,還應(yīng)考慮動力傳輸產(chǎn)生的力,比如:
◆由于氣隙不均勻而產(chǎn)生的磁拉力;
◆由于對中不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的外力;
◆動平衡問題帶來的外力;
◆齒輪嚙合誤差而產(chǎn)生的外力;
◆推力載荷。
載荷可以是單純的徑向載荷或軸向載荷,也可以是二者都有。滾子軸承通??梢猿惺茌^重的載荷,而球軸承通常用于較輕的載荷。如N或NU結(jié)構(gòu)的圓柱滾子軸承,一般只承受徑向載荷,而像角接觸球軸承,就更適合承受聯(lián)合載荷。電機中的球軸承和滾子軸承要得到可靠的運行,必須要有一個最小載荷,才能使設(shè)備運行更加可靠。這個最小載荷在產(chǎn)品手冊中提供。
聯(lián)軸器、皮帶和齒輪傳動
驅(qū)動和被驅(qū)動單元之間使用的連接器的類型對軸承載荷有直接影響。聯(lián)軸器傳動可分為柔性聯(lián)結(jié)和剛性聯(lián)結(jié),無論是那種聯(lián)結(jié),良好的對中都很重要,否則軸承系統(tǒng)可能會承受額外載荷,縮短軸承的使用壽命。對于3套軸承安裝在同一根軸上的剛性聯(lián)結(jié),準(zhǔn)確對中尤為重要。當(dāng)剛性聯(lián)軸器精確對中時,如使用激光對中設(shè)備進行對中,驅(qū)動端軸承基本處于無載荷狀態(tài),載荷由非驅(qū)動端軸承和聯(lián)軸器承受。在這種情況下,驅(qū)動端可使用深溝球軸承。皮帶或齒輪傳動一般比聯(lián)軸器傳動向電機軸承施加的載荷更大。因此,皮帶和齒輪傳動在驅(qū)動端使用圓柱滾子軸承。在有重載且可能存在不對中或軸撓曲的應(yīng)用場合,可使用可調(diào)心的圓環(huán)滾子軸承。
轉(zhuǎn)速
電機工作中的轉(zhuǎn)速同時影響軸承和潤滑劑的壽命。因此在選擇軸承時必須要考慮軸承尺寸、保持架類型、潤滑劑、游隙和密封的類型。在異步電機中級數(shù)和電源頻率決定了轉(zhuǎn)速。如2級電機,當(dāng)頻率為50Hz時,轉(zhuǎn)速是3000r/min,當(dāng)頻率為60Hx時,轉(zhuǎn)速是3600r/min。如果設(shè)備在它的工作周期內(nèi)以不同的轉(zhuǎn)速運行,在進行軸承尺寸設(shè)計和壽命計算時要考慮到所有的速度區(qū)別。在正常情況下,球軸承比滾子軸承更適用于高轉(zhuǎn)速應(yīng)用。精密軸承和混合陶瓷球軸承更適用于超高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用場合。為了做出正確的選擇,有必要對設(shè)備的動態(tài)性能進行全面分析。軸承在高速運行時,影響軸承壽命的因素包括保持架、潤滑、運行精度和游隙、系統(tǒng)的共振頻率以及轉(zhuǎn)動部件的動平衡狀況等。
溫度
環(huán)境溫度范圍和設(shè)備的正常運行溫度對于正確選擇或設(shè)計電機很重要。電機中的軸承的正常運行溫度范圍為70~110℃。因此,推薦使用在較寬溫度范圍內(nèi)有良好工作性能的潤滑脂。當(dāng)環(huán)境溫度和軸承運行溫度溫差很大時,軸承上會有溫差產(chǎn)生。如果溫差很大,應(yīng)檢查軸承內(nèi)部游隙,以避免不必要的軸承預(yù)載荷。
振動
我們都期待電機能夠運行,因此軸承及其保持架材料、潤滑劑和內(nèi)部游隙的選擇是很重要的。雖然軸承的的噪聲水平已經(jīng)比較低了,但是仍舊可以通過使用彈簧對軸承預(yù)緊進一步降低噪聲水平。合適的軸、機殼、端蓋尺寸和形位公差有助于降低軸承對中誤差,可以進一步降低噪音水平。當(dāng)設(shè)備處于有外源性振動的環(huán)境中時,通常建議盡可能地使用球軸承特別是通過彈簧施加預(yù)載荷的球軸承,不容易受到外源性振動的影響,導(dǎo)致?lián)p壞。
環(huán)境
在潮濕和多塵的環(huán)境中要使用密封件和防塵蓋來保護軸承。在不易接近地區(qū)使用的電機可能也需要密封件和防塵蓋,從而實現(xiàn)低維護或者免維護。密封件和防塵蓋的類型將確定軸承的維護需求和使用壽命。
軸承壽命要求
滾動軸承的壽命是指,在內(nèi)圈或外圈滾道或滾動體出現(xiàn)金屬疲勞(剝落)跡象之前,軸承以速度運行所能夠達到的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或工作小時數(shù)?;诙x的額定壽命必須滿足軸承應(yīng)用所需的壽命期望值。在特定應(yīng)用中,觀察到的軸承壽命在很大程度上取決于運行條件。電機軸承失效的原因可能有以下幾個方面:
◆電腐蝕等的電器問題;
◆軸或軸承座配合不當(dāng)、不對中、安裝不當(dāng)引起的機械誤差;
◆密封系統(tǒng)選擇不當(dāng)或密封件磨損或損壞造成的污染物侵入,導(dǎo)致磨料磨損;
◆不可預(yù)見的載荷條件,如動平衡問題導(dǎo)致載荷過大,或載荷過輕導(dǎo)致滾動體打滑;
◆潤滑脂選擇不當(dāng)、潤滑脂填裝量不當(dāng)、運行溫度過高或過低造成的潤滑不良及潤滑條件差造成的腐蝕。
電機制造商通常根據(jù)假定載荷和速度數(shù)據(jù)確定軸承壽命,如允許載荷下的名義壽命為20000小時。在特殊允許條件下特別是載荷較輕的情況下,軸承的壽命要比傳統(tǒng)壽命計算方法預(yù)期的要長。尤其是當(dāng)潤滑油膜能有效地分隔滾動面(滾道和滾動體),污染物造成的表面損傷很有,就能實現(xiàn)上述情況。在有沖擊載荷或明顯的峰值載荷的情況下,應(yīng)對靜態(tài)安全系數(shù)進行評估。
維護
電機的維護通常包括軸承潤滑、定子繞組(如有要求)維修和電機性能監(jiān)測。配備密封及終身潤滑軸承的電機,無需補充潤滑,因此電機被視為是免維護的,在這種情況下,最主要的是應(yīng)考慮軸承的潤滑脂壽命。
精度要求
機器的精度決定了軸承的精度要求。高精度軸承使用在高精度或高轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。但是要使設(shè)備從軸承的運行精度中受益,軸、軸承座和支撐面(軸與軸承的結(jié)合面以及軸承座的擋肩等)的精度應(yīng)該與所用軸承的精度相匹配。軸承與軸和軸承座之間的幾何公差見下表。
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2020.01.20