大中型電機(jī)軸承及潤滑方式的選擇

張金慧，李偉

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

軸承屬于電機(jī)的易損部件，軸承及其潤滑方式選擇的合理性，決定了電機(jī)的運行穩(wěn)定性及其維護(hù)成本。電機(jī)常用軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類，下面分別對電機(jī)設(shè)計中滑動軸承及滾動軸承的選擇進(jìn)行說明。

1 滑動軸承及潤滑油的選擇

1.1 潤滑冷卻方式的確定

軸承的潤滑對滑動軸承來說非常重要，如果潤滑不當(dāng)可能會造成軸承發(fā)熱甚至燒毀。通?？山?jīng)過以下計算分析來確定滑動軸承潤滑冷卻方式

(1)軸承單位面積壓力

式中，F(xiàn)—轉(zhuǎn)子重量和單邊磁拉力的分配載荷(kg)，其中單邊磁拉力 =0.3DL(kg)，D—定子內(nèi)徑(cm)，L—扣除通風(fēng)溝后的鐵心凈長(cm);d—軸徑(cm);l—瓦長(cm)。

(2)軸徑線速度

式中，n—轉(zhuǎn)速，r/min。

(4)軸徑線速度過低時，油環(huán)帶油量不足，過高時油環(huán)跳動不可靠，因此油環(huán)潤滑往往局限在線速度3～15m/s范圍內(nèi)。

1.2 潤滑油牌號的選擇

在電機(jī)轉(zhuǎn)速高時，由于摩擦損耗嚴(yán)重，應(yīng)采用粘度小的潤滑油;而在轉(zhuǎn)速低時，用粘度較大的潤滑油，以便建立油膜。其一般可按軸徑線速度的大小來選取。

v＞15m/s時，用氣輪機(jī)油L-TSA32

v=5～15m/s時，用氣輪機(jī)油L-TSA46

v＜5m/s時，用全損耗系統(tǒng)用油L-AN68(不適合用于循環(huán)潤滑系統(tǒng)，循環(huán)潤滑系統(tǒng)一般用ISO-VG68)。

1.3 計算實例

某鋼廠燒結(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)，型號規(guī)格:YKS 630-4 2 500kW 10kV，該電機(jī)軸承為滑動軸承，軸承潤滑為油環(huán)潤滑。該電機(jī)使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承溫度過高而引起報警。經(jīng)過測量，得到如下計算數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)子重量:3 100kg;定子內(nèi)徑D:65cm;定子鐵心凈長L:90cm;電機(jī)軸徑d:14cm;電機(jī)軸瓦長度l:9.5cm;電機(jī)轉(zhuǎn)速n:1 488r/min。

電機(jī)載荷分布按照前后軸承對稱布置來計算。將上述數(shù)據(jù)代入式(1)、式(2)可計算出因此，該電機(jī)應(yīng)采用壓力潤滑。

通過上述計算，確定該電機(jī)故障為軸承潤滑方式選擇不當(dāng)造成，將該軸承增加了潤滑油站，采用壓力潤滑后，故障排除。

2 滾動軸承及潤滑脂的選擇

2.1 軸承的選擇

滾動軸承的選擇主要從以下幾個方面考慮

(1)負(fù)荷的大小和方向;(2)轉(zhuǎn)速;(3)壽命;(4)經(jīng)濟(jì)性和通用性。

電機(jī)轉(zhuǎn)速一般大于10r/min，且遠(yuǎn)低于軸承的極限轉(zhuǎn)速，可不驗算靜負(fù)荷和極限轉(zhuǎn)速，只需考慮動負(fù)荷。軸承尺寸的選擇可根據(jù)壽命、可靠性的要求和當(dāng)量動負(fù)荷P，由疲勞壽命計算公式計算軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷C值，然后選擇符合要求的軸承型號。但在實際應(yīng)用中選擇軸承時，一般可根據(jù)電機(jī)軸頸尺寸直接預(yù)選某一型號的軸承，查出其額定動負(fù)荷C值，然后通過疲勞壽命計算公式計算軸承壽命，以此來決定所選軸承能否符合要求。軸承壽命計算公式如下

式中，n—額定轉(zhuǎn)速，r/min;L10—基本額定壽命，，百萬轉(zhuǎn)，C—基本額定動負(fù)荷，kN，P—當(dāng)量動負(fù)荷，kN，ρ—壽命公式中的指數(shù)，球軸承取3，滾子軸承取10/3。

當(dāng)量動負(fù)荷的一般公式為P=xFr+yFa

式中，F(xiàn)r—實際徑向負(fù)荷，N;Fa—實際軸向負(fù)荷，N;x—徑向負(fù)載系數(shù);y—軸向負(fù)載系數(shù)。

對于大中型電機(jī)所用軸承計算出的疲勞壽命應(yīng)大于100 000小時。

2.2 滾動軸承的潤滑

滾動軸承潤滑的主要作用是

(1)防止?jié)L動體與軸承圈之間產(chǎn)生干摩擦;

(2)防止?jié)L動體表面和套圈工作表面生銹;

(3)使因摩擦而產(chǎn)生的熱能均布到軸承的各部分并且散出;

(4)防止灰塵進(jìn)入軸承內(nèi)部。

滾動軸承的潤滑油分為兩類:(1)半固體潤滑油;(2)液體潤滑油。

液體潤滑油是軸承的最佳潤滑油，然而它常需要十分復(fù)雜的密封裝置。實際上常用的是半固體潤滑油，它只需很簡單的密封蓋，并且潤滑油脂能有效地使軸承隔絕外界影響，所以一般大中型電機(jī)的滾動軸承都采用優(yōu)質(zhì)鋰基潤滑脂。

2.3 計算實例

下面以一臺電機(jī)為例對電機(jī)滾動軸承的選擇加以說明。電機(jī)規(guī)格YKK 500-4 900kW 6kV，根據(jù)機(jī)械計算電機(jī)軸伸選為φ130，軸頸直徑選為φ150，根據(jù)以上說明軸伸端軸承采用一個單列圓柱滾子軸承NU230ECJ和一個深溝球軸承6230配對使用，非軸伸端軸承采用一個單列圓柱滾子軸承NU228ECJ。由于電機(jī)載荷主要由兩個圓柱滾子軸承承受，所以可只計算圓柱滾子軸承的疲勞壽命，根據(jù)式(4)，查軸承樣本C=510kN，根據(jù)轉(zhuǎn)子自重及單邊磁拉力計算得P≈24.5kN，L10h約為250 000小時，遠(yuǎn)大于100 000小時，因此所選軸承是合適的。

3 結(jié)語

基于上述分析，電機(jī)設(shè)計人員可以合理選擇電機(jī)軸承型式及潤滑方式，避免因軸承及軸承潤滑方式選擇不當(dāng)而造成軸承損壞。