電機(jī)振動和軸承跑圈對軸承壽命影響分析

2024年12月25日來源：防爆云平臺--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺防爆空調(diào) 防爆電氣防爆電機(jī) 防爆風(fēng)機(jī) 防爆通訊瀏覽 342 次評論 0 次

軸承是電動機(jī)中的重要部件，與其他零部件相關(guān)聯(lián)，可保障電動機(jī)轉(zhuǎn)子部分在軸向和徑向的相對位置。軸承系統(tǒng)是電動機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)軸承系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，軸承溫度升高，會出現(xiàn)過早損傷、散架等故障。軸承故障一般首先表現(xiàn)為噪聲或溫度升高，進(jìn)一步發(fā)展為電機(jī)軸承損傷，噪音增大，軸承散架、抱軸、嚴(yán)重時甚至燒壞繞組。

1. 電機(jī)軸承溫度高和毀損的主要原因

電機(jī)軸承溫度高和毀損的原因主要有以下幾方面。1）電機(jī)軸承的軸徑配合不合理。軸承安裝后，運(yùn)行前的游隙是初始游隙，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)軸承的游隙是運(yùn)行游隙，隨著軸承溫度的變化，運(yùn)行時的受力情況隨時變化，運(yùn)行游隙在正常范圍內(nèi)，軸承可以正常運(yùn)行，如果超出正常范圍，會加速軸承磨損，造成軸承過早損壞。軸承內(nèi)圈與軸的配合、軸承外圈與端蓋（或軸承套）軸承室的配合，直接影響電機(jī)軸承的運(yùn)行游隙。運(yùn)行游隙過大，容易造成軸承跑圈，過小，運(yùn)行摩擦力增大，軸承容易發(fā)熱。2）定、轉(zhuǎn)子不同心，造成軸承受到額外力。當(dāng)電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子同軸時，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，軸承的軸徑游隙一般處在較為均勻的狀態(tài)，若定、轉(zhuǎn)子不同心，兩者之間的中線處于相交狀態(tài)，以臥式電動機(jī)為例，轉(zhuǎn)子不平行于底腳面，造成兩端軸承遭受軸徑某一角度的外力作用，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時會使軸承異常運(yùn)行。3）良好的潤滑是電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常的首要條件。a）潤滑油脂的潤滑效果應(yīng)與電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況相匹配。電動機(jī)軸承選用潤滑油脂時，需要根據(jù)電機(jī)技術(shù)條件中電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境合理選擇。b）潤滑油脂過量會引起電機(jī)軸承溫度升高。電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生熱量，其熱量通過關(guān)聯(lián)零件釋放，當(dāng)潤滑油脂過量時，囤積在滾動軸承系統(tǒng)內(nèi)腔，會影響熱能的釋放。對于內(nèi)腔相對較大的電機(jī)軸承，發(fā)熱會更為嚴(yán)重。c）軸承系統(tǒng)零件設(shè)計的合理性。對電機(jī)軸承系統(tǒng)零件進(jìn)行改良設(shè)計，電機(jī)軸承內(nèi)蓋、滾動軸承外蓋和擋油盤進(jìn)行改進(jìn)，確保滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有適量油脂循環(huán)，保證滾動軸承良好潤滑，避免過量油脂填充阻熱。d）潤滑油脂及時更新。電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，根據(jù)使用頻率做好潤滑油脂的更新，保持清潔，定期更換同型號的油脂，保證軸承潤滑良好。

2. 振動對靜態(tài)和運(yùn)轉(zhuǎn)軸承的影響

振動對軸承的影響是指軸承工作環(huán)境出現(xiàn)振動的情況下，軸承自身性能和運(yùn)行時所受到的影響，振動是指來自工作環(huán)境的振動，而非軸承自身的振動。軸承工作環(huán)境的振動包含軸承運(yùn)行過程中的振動和軸承靜態(tài)下的振動。

軸承安裝在設(shè)備上，在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)下，軸承也承受一定的負(fù)荷。例如臥式電機(jī)，電機(jī)沒運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)兩端軸承需要承受電機(jī)的轉(zhuǎn)子重力，其徑向負(fù)荷幾乎與軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時相似。電機(jī)的工作環(huán)境振動對軸承本身的影響是振動對靜態(tài)軸承的影響。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾動體應(yīng)該在滾道上平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果環(huán)境存在振動，滾動體的滾動會受到影響，滾道上的正壓力會變成脈動循環(huán)的負(fù)載。這種滾動狀態(tài)對于潤滑油膜的形成十分不利，如果振動幅值很大，其影響與靜態(tài)軸承在振動狀態(tài)下的承載較為相似。

3.振動工況下軸承應(yīng)用注意事項(xiàng):

振動工況下軸承內(nèi)部承受的負(fù)載會發(fā)生變化，因此，在軸承配置和應(yīng)用需要特殊考慮：1）振動工況下，軸承與其配合面之間的配合力會發(fā)生變化。對于過渡配合或者間隙配合的軸承，有可能造成正壓力脈動不穩(wěn)，此時可能造成軸承跑圈。因此一般振動工況下軸承的配合不用間隙配合。2）振動工況下，軸承潤滑油膜的形成會出現(xiàn)困難，使用具有極壓添加劑的潤滑脂，可以對振動工況下軸承的潤滑起到良好的作用。3）振動工況對潤滑壽命的影響，振動會造成軸承滾動體更頻繁的剪切潤滑脂皂基，影響軸承潤滑脂的壽命。因此振動工況下，潤滑脂的壽命計算按照非振動工況的50%計算。4）在振動工況下，軸承的疲勞壽命與實(shí)際壽命偏差較大，需要使用校核安全系數(shù)的方法來校核最大振動對軸承壽命的影響。5）軸承的預(yù)負(fù)荷在振動工況下會變成脈動預(yù)負(fù)荷，一般的彈簧墊圈會因脈動負(fù)荷而提早失效。因此需要從軸承配置角度進(jìn)行預(yù)處理。

4.軸承跑圈的危害

軸承跑圈是指軸承內(nèi)圈或者外圈的配合面與軸或者軸承室的配合面發(fā)生相對移動而造成的摩擦或磨損。軸承內(nèi)圈或者外圈與軸或者軸承室之間是面接觸，如果兩個配合面發(fā)生相對移動，兩個面之間出現(xiàn)的摩擦應(yīng)該是滑動摩擦或者是靜摩擦(有相對運(yùn)動趨勢而沒有相對運(yùn)動的時候)。正常情況下的滾動軸承，軸承內(nèi)圈或者外圈與滾動體之間的接觸是滾動摩擦，滾動體和軸承圈之間施加潤滑脂，摩擦系數(shù)很小。軸承圈和配合面之間的摩擦是滑動摩擦，摩擦系數(shù)較大；軸承圈和滾動體之間有潤滑劑，摩擦系數(shù)較小。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滾動體將負(fù)荷在內(nèi)外圈之間傳遞，軸承圈和配合面之間與滾動體和軸承圈之間的負(fù)荷相同。通常情況下最大靜摩擦﹥滑動摩擦﹥滾動摩擦。因此，正常情況下，軸承不應(yīng)該出現(xiàn)軸承內(nèi)外圈和配合面之間的相對移動。當(dāng)軸承圈和配合面之間出現(xiàn)相對移動時，發(fā)生滑動摩擦，此時滾動摩擦大于最大靜摩擦，說明軸承套圈和配合面之間的摩擦力變小，摩擦力等于摩擦系數(shù)乘以正壓力，摩擦系數(shù)沒變的情況下(軸承鋼材質(zhì)和配合面材質(zhì)沒有變化)，正壓力減小。正壓力是配合力+軸承的徑向負(fù)荷，軸承徑向負(fù)荷沒變的情況下，配合帶來的正壓力不夠?？赡苡捎诔叽绯?，形位超差，都不超差的情況下，那就是熱膨脹系數(shù)不同。相同的配合，軸承的徑向負(fù)荷變大的情況下，正壓力不足，造成振動周期內(nèi)某瞬間負(fù)荷不足，軸承圈與配合面之間產(chǎn)生相對滑動。

5.影響軸承跑圈的因素和解決措施

軸承跑圈直接關(guān)聯(lián)的部件是軸、軸承室和軸承。造成軸承跑圈的因素主要有：軸承內(nèi)外圈的配合面尺寸超差或形位公差超差；配合尺寸選擇不當(dāng)；電機(jī)振動；外圈旋轉(zhuǎn)；機(jī)座材質(zhì)與軸承不同，導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)不同(鋁殼)；軸承內(nèi)部失效帶來的次生跑圈(內(nèi)部卡死拖動軸承跑圈)。軸承是精密機(jī)械零部件，超差的幾率很低。重點(diǎn)檢查軸、軸承室的尺寸，主要檢查設(shè)計尺寸的可靠性和加工尺寸的符合性。設(shè)計尺寸，如果裝配后配合過緊，不僅造成裝配困難，還會使軸承在運(yùn)行過程中溫度高，增大摩檫力，進(jìn)而使軸承過早損壞。電機(jī)運(yùn)行中，軸承跑外圈的比較多，一般對浮動端軸承外圈進(jìn)行一定的加工處理，采取加裝彈性膠圈或利用圓柱銷，對軸承進(jìn)行定位，如圖1所示，這樣軸承外圈和端蓋是松配合，當(dāng)軸向受熱膨脹時，可軸向移動，又可避免軸承跑外圈。