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电机什么时候用一柱一球结构(案例详解)?

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-07-18  浏览次数:124

电机轴承的常用配置中有一种结构是一柱一球结构,顾名思义一柱一球结构就是电机轴使用一个圆柱滚子轴承加一个深沟球轴承的结构形式。

一柱一球结构是一个简单的轴系统轴承配置方式,但是在实际应用中经常遇到一些问题。典型的现象就是在电机出厂试验的时候出现噪声大,温度异常升高或者电机振动较大。下面是某电机厂生产的电机出厂试验时出现的批量轴承问题的照片。这个电机厂生产的电机采用一柱一球结构,出厂试验的时候,轴承出现噪声以及温度升高的现象,轴承拆解之后,看到圆柱滚子轴承内圈出现如图的痕迹。

案例分析

从图中可以看到轴承内圈中间部分呈现颜色变黑的负荷痕迹。从负荷痕迹的位置来看,轴承承受径向负荷,并且负荷痕迹位于轴承滚道中间。这是一个圆柱滚子轴承,这个轴承主要承受径向负荷,因此这个负荷痕迹符合轴承承载需求。

从轴承痕迹看,是轴承打滑的痕迹。这说明轴承所承受的负荷小于轴承的实际所需的最小负荷。

此时检查轴承的负荷情况。

这个电机出厂试验的时候没有连接外界负载,转子重量192kg。转子重心位于两个轴承支撑点中间,因此每个轴承承受的径向负荷为96kg,948N。

同时计算这个轴承所需的最小负荷。轴承型号是NU217,经计算最小负荷为1.52KN。不难发现,轴承的实际负荷小于轴承所需的最小负荷。

此时检查电机的后轴承,后轴承为6316,轴承完好无损。

经过上述检查不难发现,这个电机采用的一柱一球结构,前后轴承受力相当,但是前面轴承(圆柱滚子轴承)由于所承受负荷小于最小负荷,从而出现滚子打滑等现象,无法形成纯滚动,因此出现温度异常以及噪声变大的现象。轴承内部滚道受伤,这个轴承已经处于失效初期,无法继续使用。

根据上述结论,给电机厂的建议是轴承配置选择不当。如果实际工况中,电机外界大的径向负荷,此时校核电机承受外界负荷之后的轴承最小负荷;如果实际工况中,电机外界没有其他径向负荷,则需要改变轴承配置方案。

一柱一球轴系配置的选择依据

从上面配置可以看到,电机前后轴承的选择不同,前后轴承的承载能力不同。但是实际工况中前后轴承受力相仿。从这个现象可以至少可以质疑,既然负荷状态一致,为什么前端选择负荷能力过大的轴承?这样选择,一方面存在负荷能力浪费,有可能带来成本上涨;另一方面,一旦负荷不足就会出现上面案例中的轴承不能形成纯滚动而带来的磨损。在这种情况下选择一柱一球结构,是一个费钱不讨好的方案。

那么,应该在什么时候选择一柱一球结构呢?

如果电机外界负载是联轴节负载,联轴节传递扭矩,同时,联轴节的自重相当于电机轴伸端的径向负荷。一般电机联轴节重量相对于电机转子而言是一个小负荷,因此可以认为电机轴伸端和非轴伸端负荷基本相当。此时,一般不选用一柱一球结构。

如果电机外界负载是皮带轮负载,此时电机输出扭矩是通过皮带轮张力向外传递,此时皮带轮张力是一个较大的径向负荷,因此电机轴伸端和非轴伸端受力是不相同的,轴伸端受力大,非轴伸端受力小。此时需要对前后轴承进行负荷和寿命校核。此时,有可能在轴伸端使用负荷能力更大的轴承。这种情况下,对于中小型电机,有可能采用一柱一球结构。

如果电机轴伸端直接连接叶轮等负载,而这些负载直接作用于轴伸端。如果叶轮重量较大的时候,此时有可能和皮带轮负载的电机一样选择一柱一球结构的轴承配置方式。

对于其他的状态,可以从上述三种情况进行类比。

 
 
 

 
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