在電機(jī)中使用的滾動(dòng)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(jī)機(jī)座傳遞載荷;
◆滾動(dòng)軸承應(yīng)能滿足高速和低速運(yùn)行的要求;
◆限度地減小摩擦并節(jié)省能源。
1、電機(jī)中的滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)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。現(xiàn)在的趨勢(shì)是為了獲得更緊湊設(shè)計(jì)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(dòng)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(duì)中不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的外力;
◆動(dòng)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(jī)中的球軸承和滾子軸承要得到可靠的運(yùn)行,必須要有一個(gè)最小載荷,才能使設(shè)備運(yùn)行更加可靠。這個(gè)最小載荷在產(chǎn)品手冊(cè)中提供。
聯(lián)軸器、皮帶和齒輪傳動(dòng)
驅(qū)動(dòng)和被驅(qū)動(dòng)單元之間使用的連接器的類型對(duì)軸承載荷有直接影響。聯(lián)軸器傳動(dòng)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(duì)中都很重要,否則軸承系統(tǒng)可能會(huì)承受額外載荷,縮短軸承的使用壽命。對(duì)于3套軸承安裝在同一根軸上的剛性聯(lián)結(jié),準(zhǔn)確對(duì)中尤為重要。當(dāng)剛性聯(lián)軸器精確對(duì)中時(shí),如使用激光對(duì)中設(shè)備進(jìn)行對(duì)中,驅(qū)動(dòng)端軸承基本處于無載荷狀態(tài),載荷由非驅(qū)動(dòng)端軸承和聯(lián)軸器承受。在這種情況下,驅(qū)動(dòng)端可使用深溝球軸承。皮帶或齒輪傳動(dòng)一般比聯(lián)軸器傳動(dòng)向電機(jī)軸承施加的載荷更大。因此,皮帶和齒輪傳動(dòng)在驅(qū)動(dòng)端使用圓柱滾子軸承。在有重載且可能存在不對(duì)中或軸撓曲的應(yīng)用場(chǎng)合,可使用可調(diào)心的圓環(huán)滾子軸承。
轉(zhuǎn)速
電機(jī)工作中的轉(zhuǎn)速同時(shí)影響軸承和潤(rùn)滑劑的壽命。因此在選擇軸承時(shí)必須要考慮軸承尺寸、保持架類型、潤(rùn)滑劑、游隙和密封的類型。在異步電機(jī)中級(jí)數(shù)和電源頻率決定了轉(zhuǎn)速。如2級(jí)電機(jī),當(dāng)頻率為50Hz時(shí),轉(zhuǎn)速是3000r/min,當(dāng)頻率為60Hx時(shí),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(yùn)行,在進(jìn)行軸承尺寸設(shè)計(jì)和壽命計(jì)算時(shí)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(chǎng)合。為了做出正確的選擇,有必要對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行全面分析。軸承在高速運(yùn)行時(shí),影響軸承壽命的因素包括保持架、潤(rùn)滑、運(yùn)行精度和游隙、系統(tǒng)的共振頻率以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)平衡狀況等。
溫度
環(huán)境溫度范圍和設(shè)備的正常運(yùn)行溫度對(duì)于正確選擇或設(shè)計(jì)電機(jī)很重要。電機(jī)中的軸承的正常運(yùn)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(rùn)滑脂。當(dāng)環(huán)境溫度和軸承運(yùn)行溫度溫差很大時(shí),軸承上會(huì)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(dòng)
我們都期待電機(jī)能夠運(yùn)行,因此軸承及其保持架材料、潤(rùn)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(duì)軸承預(yù)緊進(jìn)一步降低噪聲水平。合適的軸、機(jī)殼、端蓋尺寸和形位公差有助于降低軸承對(duì)中誤差,可以進(jìn)一步降低噪音水平。當(dāng)設(shè)備處于有外源性振動(dòng)的環(huán)境中時(shí),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(dòng)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(hù)軸承。在不易接近地區(qū)使用的電機(jī)可能也需要密封件和防塵蓋,從而實(shí)現(xiàn)低維護(hù)或者免維護(hù)。密封件和防塵蓋的類型將確定軸承的維護(hù)需求和使用壽命。
軸承壽命要求
滾動(dòng)軸承的壽命是指,在內(nèi)圈或外圈滾道或滾動(dòng)體出現(xiàn)金屬疲勞(剝落)跡象之前,軸承以速度運(yùn)行所能夠達(dá)到的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或工作小時(shí)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(yùn)行條件。電機(jī)軸承失效的原因可能有以下幾個(gè)方面:
◆電腐蝕等的電器問題;
◆軸或軸承座配合不當(dāng)、不對(duì)中、安裝不當(dāng)引起的機(jī)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(dòng)平衡問題導(dǎo)致載荷過大,或載荷過輕導(dǎo)致滾動(dòng)體打滑;
◆潤(rùn)滑脂選擇不當(dāng)、潤(rùn)滑脂填裝量不當(dāng)、運(yùn)行溫度過高或過低造成的潤(rùn)滑不良及潤(rùn)滑條件差造成的腐蝕。
電機(jī)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(shí)。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(jì)算方法預(yù)期的要長(zhǎng)。尤其是當(dāng)潤(rùn)滑油膜能有效地分隔滾動(dòng)面(滾道和滾動(dòng)體),污染物造成的表面損傷很有,就能實(shí)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(duì)靜態(tài)安全系數(shù)進(jìn)行評(píng)估。
維護(hù)
電機(jī)的維護(hù)通常包括軸承潤(rùn)滑、定子繞組(如有要求)維修和電機(jī)性能監(jiān)測(cè)。配備密封及終身潤(rùn)滑軸承的電機(jī),無需補(bǔ)充潤(rùn)滑,因此電機(jī)被視為是免維護(hù)的,在這種情況下,最主要的是應(yīng)考慮軸承的潤(rùn)滑脂壽命。
精度要求
機(jī)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(yùn)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。