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軸承知識
軸承選型計算|臥式電機受力分析

1 基本知識

電機的軸承選型及設計過程中,需要考慮受設計工況、運行環境和制造精度的影響。一般情況下,電機軸承的主要受力包括:1.電機轉子的自重(包括軸系中聯軸器和滑環重量);2.電機運行中的單邊磁拉力;3.電機運行中的振動載荷;4.電機轉子不平衡引起不平衡力;5.其他外加載荷。因此,要準確的選型一組電機軸承,首先需要對其受力進行了解和分析。

2 受力簡圖及說明

G1:轉子重量,kg

G2:滑環重量,kg

Fm:單邊磁拉力,kN

Fva:軸向振動沖擊載荷,kN

Fvh:水平振動沖擊載荷,kN

Fvv:垂直振動載荷,kN

G6.3:轉子不平衡精度等級,mm/s

Fa:外部軸向載荷,kN

Fr:外部徑向載荷(如聯軸器重量等),kN

Fs:彈簧預緊力,kN

D:轉子長度,mm

L1、L2:轉子重力、不平衡力、徑向激振力與驅動端軸承、非驅動端軸承的距離,mm

X:轉子單邊磁拉力與轉子重心間的距離,mm

B:外部載荷與軸承間的距離,mm

E:滑環與軸承間的距離,mm

3 軸承受力計算

電機中滾動軸承,按照所承受載荷的方向不同,分為軸向載荷和徑向載荷。因臥式電機本身的結構決定,軸承所受軸向載荷均比較單一,主要包括外部軸向載荷、軸向振力以及彈簧預緊力。在本文中,外部載荷、軸向振動力由固定端軸承承受,彈簧預緊力由浮動端軸承承受,即:

臥式電機所承受的徑向載荷相對復雜,根據力的位置和方向不同,對電機軸承的影響不同。因此,電機軸承所承受的徑向載荷是其重力、單邊磁拉力、振動沖擊力、不平衡力以及外部載荷的總和,即:

在計算軸承受力之前,先對軸系中的徑向力進行分類。轉子、滑環、聯軸器等自重力,大小和方向均為恒定。因此,其對軸承產生的作用力也是恒定的,即:

單邊磁拉力的計算較為復雜,在通常情況下,該值由電機設計廠家提供。按照美國西屋公司單邊磁拉力的簡化算法,其值Fm表述為:

將電機的單邊磁拉力作用在臥式電機的兩個軸承上,其大小和方向均為變化的。在此,我們只考慮單邊磁拉力Z大的情況,即:

振動負荷對臥式電機的影響可由牛頓第二定律進行計算。需要指出的是,實際的振動負荷是瞬態的,并同時作用在各個方向上,其核算方法也非常復雜。為簡化計算,本文遵從ISO10816的定義,取軸向、水平和垂直三個方向的Z大值,即

(M為轉子質量,kg;a為振動加速度,)。則有:

轉子不平衡力由客戶給定的轉子不平衡精度計算得出,在不同的轉速下,其對應產生的不平衡力是不同的。本文采用許用不平衡度的計算方法取值Z大的不平衡力,即:

將轉子的不平衡力作用在臥式電機的兩個軸承上,其方向隨不平衡量位置的變化而變化,即:

其他外來載荷,本篇不再贅述。在計算中,根據實際情況進行分解。

電機軸承承載的以上所有負荷中,只有轉子或部件的自重力為恒力。其他如單邊磁拉力、振動沖擊?、不平衡力均為動態甚至瞬態力。因此,在綜合計算軸承所承載的負荷時,一般先進行Z大負荷的計算。當所有動態力作用在同一方向,且與所有恒力的合力也在同一方向時,軸承所受的負荷Z大,即:

在實際的工況中,所有動態力幾乎不可能同時滿足Z大且在同一方向的條件。如果按照Z大徑向負荷作為選擇軸承的輸入載荷,將極可能出現Z小負荷不足的問題。因此,為平衡軸承壽命和Z小負荷的影響,根據公司技術團隊的應用經驗,在軸承壽命計算時,所受徑向力按軸承所承受恒力和單邊磁拉力的100%外加其他瞬態力的33.3%進行計算,并按軸承理論所受Z大負荷的100%計算軸承的靜安全系數。即:

(來源:湖南崇德科技股份有限公司)

發布時間:2023-03-14


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