高速电机滚动轴承发热与噪音问题的探讨

摘要:轴承是电机结构中的重要部件,在电机使用过程中,轴承部位的故障占电机全部故障的半数以上。在此,阐述了滚动轴承在电机安装使用过程中可能发生的故障(主要是发热与噪音),发生原因以及解决问题的办法。

关键词:高转速电机滚动轴承发热与噪音

1 引言

轴承从结构和转动形式上可分为滑动轴承和滚动轴承两大类,其中滚动轴承因其传动效高、摩擦系数小、价格低和使用维修方便的特点,在中小型电机中得到广泛应用。但是,由于设计、安装过程中存在的一些缺陷,电机在使用中难免产生一些诸如噪音、发热等问题,影响电机的正常使用。特别是两极高速电机中使用的滚动轴承,更容易产生问题。因此,认真分析和解决它们,对提高电机质量,降低产品故障率和返修率,增加企业经济效益具有十分重要的意义。

2 滚动轴承的特点

2.1 滚动轴承的优点

(1)传动效率高、摩擦系数小、运转精度高、价格低和使用维修方便。

(2)某些滚动轴承(轴承组合)可同时承受径向载荷和轴向载荷。因此,可以简化轴承支撑座的结构。

(3)由于传动效率高,发热量少。因此,可以减少润滑油的消耗,大部分情况下可以采用润滑脂润滑,润滑维护方便省事。

2.2 滚动轴承的缺点

(1)承受载荷的能力比同体积的滑动轴承小得多,且滚动轴承的径向尺寸大。因此,在承受大载荷的场合和要求径向尺寸小、结构紧凑的场合,多采用滑动轴承。

(2)振动和噪音较大,因此,对精度和噪音要求较高的场合多选用滑动轴承。

(3)对金属异物特别敏感,轴承内一旦进入异物就会迅速损坏。高转速电机轴承对润滑油的要求也特别高,要求及时按期更换高速轴承专用润滑油,否则就会发生轴承抱死烧坏造成电机扫堂可怕后果。

(4)高速电机轴承对两轴承挡之间的尺寸要求和定、转子铁心中心对齐方面要求很高,对轴承室的加工要求和轴承轴向游隙的要求也很高,处理不好也会造成

轴承过热,发生抱死烧坏的恶后果。

3 与滚动轴承有关的电机故障及其排除方法

电机故障现象、故障原因和解决方法,由轴承原因引起的电机故障很多,处理起来似乎并不麻烦,但事实并非如此。有些电机厂家因为轴承发热问题,特别是两极高速电机的轴承发热问题一直得不到根本解决,造成出厂电机在保修期内成批返修。对产品声誉造成很大影响,同时产生一些不必要的维修成本,差旅费用和工时浪费,实在是因小失大。由此看来,在电机设计、制造和使用过程中认真研究和分析电机和轴承特点,及时处理好轴承问题是十分必要的,也是电机高质量、低成本,安全运行的有力保障。

4 电机设计、制造和使用过程中应重点注意的几个问题

滚动轴承有关的电机故障及其排除办法

故障现象

电机通电后不能起动,嗡嗡响电机运行时有杂音电机振动超标轴承温度过高

故障原因

对于小型电机润滑脂变硬或装配太紧。轴承品质不佳,有缺陷;轴承磨损,有故障;轴承缺少润滑脂,润滑脂含杂质、过稠;电机无轴承绝缘,轴电流腐蚀轴承,造成轴承损坏;轴承磨损,间隙不合格;润滑脂过多或过少;润滑脂含杂质、过稠变硬;轴承内套与轴径配合过松或过紧;油封太紧,摩擦产生热量;轴承盖偏心,与轴产生摩擦;电动机两端端盖或轴承盖未装平;轴承有故障,磨损,有杂物;电动机与传动机连接偏心或传动皮带过紧;轴承型号选择过小,过载,使滚动体承受载荷过大;轴承间隙过大或过小;两极电机采用的润滑油(脂)牌号不合适,粘稠度太大,量太多,更换不及时。加工制造过程由于误差积累造成轴承轴向游隙过小,使轴承轴向受力。

处理方法

更换新的润滑脂,提高装配质量。更换高品质轴承;检修或更换新轴承;清洗轴承,更新润滑脂;增加轴承绝缘(不同厂家方法不同);检查轴承间隙,更换新轴承调整润滑脂量,轴承室容积的1/3~1/2。检查并及时更换洁净润滑脂;过松时,采用农机2号胶粘剂或低温镀铁处理;过紧时,适当车细轴颈,使之符合配合公差要求。更换合适的油封。调整或修理轴承盖,使其与轴间隙适合。重新准

确安装调试并紧固端盖或轴承盖。更换损坏的轴承,对含有杂物的轴承彻底清洗,更换润滑油(脂)。校准电动机与传动机联接中心线,并调整传动皮带的张力。选择合适的轴承型号。更换新轴承;及时更换高速电机专用润滑(油)脂,并掌握合适的量,量与电机转速成反比。提高加工精度,特别要保证两轴承挡之间尺寸的公差,必要时在轴承室内给轴承外套预留0.5mm~1.0mm的轴向“窜动量”。

(1)减小噪音方面

电机设计中,对于噪音要求较苛刻的场所,应该选用“低噪音轴承”(国产轴承在其牌号之后带“Z”)。它们的精度较高,若轴承噪音在整个电机的噪音中占的比例很小,未必非要选用该类轴承。两极400mm以下机座号电机,最好选用进口轴承,

如瑞典的SKF、德国的F A G和日本的KOYO ;两极450mm以上机座号的中型电机,最好选用噪音较小,运行更可靠的滑动轴承。

(2)轴承轴向受力方面

考虑到电机制造过程中可能造成定、转子铁心中心不对齐,产生轴向磁拉力,首先要提高产品加工质量,保证加工精度,尽量使电机定、转子铁心中心对齐,减小轴向磁拉力;另外,轴承选用时还应使转轴在轴向能有微量的自由“游动”空间,给定、转子铁心一个自动找正的机会,以消除轴向应力,减少轴承损坏。为满足这一要求,4极以上电机,宜选用一个“球轴承”和一个“柱轴承”;两极450mm以上机座号的中型电机最好选用滑动轴承,并在设计中预留出轴向“窜动量”±3 m m ~5mm ;中、小型两极400mm以下机座号电机,可以选用两个“球轴承”。由于轴承外套与轴承室的配合大部分厂家采用过渡配合,加上运转时轴承本身的热膨胀,使轴承很难因转轴受热伸长而在轴承室中沿轴向“游动”,继而使轴承损坏。为此,实践经验证明,设计中在轴承室内给轴承外套预留1 m m的轴向“游动”量,是解决问题的很好办法。

(3)橡胶密封圈摩擦发热方面

电机最后装配时,由于选用的橡胶密封圈品质难以保证,常常是造成轴承发热的主要原因。对于防护等级为IP23的电机,可以考虑不用橡胶密封圈,而采用轴承内、外盖迷宫环密封,对于防护等级为IP44以上的电机,必须严格采用高品质的橡胶密封圈,并且尽可能提高轴承外盖与橡胶密封圈摩擦接触面的光洁度,降低摩擦系数,减少因摩擦产生的热量。

(4)润滑脂应用方面

中、小型电机的轴承一般采用润滑脂润滑,两极电机应采用高速电机专用润滑脂。电机正常使用过程中,应做到经常并及时清洗轴承,更换轴承室内的润滑脂,防止油脂老化发硬、产生噪音,造成轴承发热,加快轴承磨损。还应特别注意的是:润

滑脂的量并非越多越好,两极高速电机润滑脂的量还应该更少一些,更换的频率应该更大一些,并能及时排出废油,具体使用中还应该视电机的功率和转子的重量而定。有些电机用户由于没有按照《产品使用维护说明书》及时更换润滑脂或者添加的润滑脂量过多,造成轴承发热、烧坏抱死,严重影响了正常的生产经营活动,造成了不必要的经济损失。

5 小结

在中、小型电机的设计、制造和使用过程中,只要能够充分考虑到,并认真处理好影响轴承使用的各种因素,选用高品质的轴承、橡胶密封圈和适量优质的润滑脂,及时保养、清洗轴承,更换润滑脂,中、小型电机用滚动轴承的发热和噪音问题是很容易得到解决的。为防止轴承发热烧坏抱死,可以给轴承加装Pt100测温装置,一旦轴承温度超过设定值90℃或95℃,电机自动断电停机,维护人员可以及时查明原因并修复,尽快恢复生产,避免造成不必要的损失。