关于铝壳电机轴承跑圈、定位端、浮动端等问题

2020/5/19 2:38:14 人评论 次浏览 分类:电工基础  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/3057.html

昌晖仪表群(群号码:423076189)里群友们聊了很多机电安装的话题,提问最多的是关于铝壳电机轴承跑圈、定位端、浮动端的定义等问题,昌晖仪表将技术大牛的解答整理如下,便于大家解惑。

在群里被提问最多的,关于铝壳电机的问题:

1、铝壳电机轴承O型环设计是放定位端还是非定位端?
2、定位端是不是不需要放O型环?
3、可不可以用弹簧预紧力来防止跑圈?

轴承跑圈问题和定位端、浮动端定义的澄清

很多工程师都会提到上面三个问题或者,与之相关的其他问题,其实这个困扰的根本原因是混淆了两个基本概念,因此在解答上述问题之前必须先对这两个基本概念做简单的澄清。

首先我们需要明确的是,铝壳电机轴承跑圈多发的主要原因是电机受热膨胀,而铝壳的热膨胀是一般钢材的两倍左右。因此,原来合适的轴承与轴承室配合变得更松了,这样在轴承运转的时候,就会出现跑圈的情况。


轴承跑圈是轴承外圈的相对转动,即圆周运动。其根源是轴承和轴承室在轴承径向上尺寸的变化引起配合的松动。所以跑圈问题的实质是径向尺寸变化引起的相对圆周运动。


再说轴承的定位端与非定位端。我们在电机轴承系统(简称轴系)的设计时提及,必须对整个轴系进行轴向定位,否则电机转子可能在定子内部轴向相对移动,因此轴向不受限制是不行的。那么我们就能理解,“定位端”和“非定位端”这两个名词里提到的定位是“轴向”定位的问题。


根据上面描述的基本概念,就可以对这三个问题作出回答。


1、铝壳电机轴承O型环应该放在定位端还是非定位端?

从前面的概念可以知道,O型环的设计是为了限制由于径向尺寸变化带来的相对圆周运动的。而定位端和非定位端是在轴向上进行限制或者放开限制的措施。两者相互没有什么联系,因此O型环设计和定位端和非定位端之间没有必然的紧密联系。或者说,关系不大。

当然,O型环会对轴承的轴向移动有一点阻力,然而这个作用对于轴承定位而言几乎没什么效果,完全可以忽略。


所以,不论定位端还是非定位端,只要有轴承跑圈的风险,都应该使用防止跑圈的措施。换句话说,如果有需要,就要使用O型环防止跑圈,跟是不是定位端没什么关系。


2、定位端是不是不需要设置O型环?

首先必须清楚上一个问题的关联性,定位端与非定位端不影响是否需要放O型环。但是有的工程师会想到,定位端实现定位的时候会轴向夹紧,这个夹紧力是可以防止跑圈的,因此是不是定位端就不需要设置O型环了?

定位端对轴承轴向进行锁定目的是防止轴承的轴向移动。这个定位的作用不一定需要把轴承夹紧。在仅仅做定位而不做夹紧的情况下,工程师期望的“夹紧力”就不在了,因此所谓防止跑圈的事儿也不可能。


当然,有的设计确实是夹紧的。可是这个夹紧是轴向夹紧,如果轴承有跑圈的趋势,靠的是轴向端面的摩擦力。这个摩擦力和夹紧力又受到电机轴向尺寸累积公差的影响以及热膨胀的影响。同时使用轴向夹紧力来产生摩擦防止圆周运动,远不如依赖于电机轴承径向力产生的周向摩擦力来防止跑圈来的直接有效和可靠。


3、可不可以用弹簧预紧力来防止跑圈?

可不可以用弹簧预紧力产生的摩擦来防止轴承跑圈,从而取消O型环?这个问题在很多采用交叉定位的轴承系统中被提出来,既然轴系中有轴向弹簧预紧力,那么何不利用这个预紧力产生的摩擦力防止跑圈,取消O型环,岂不是可以节约成本?

这个问题的逻辑和上面一个问题一样,是希望轴向预紧力的防止周向跑圈。这里不重复逻辑,但是结论一致,这样的做法是不可靠的。


至少有如下因素影响可靠性:

①轴向弹簧预紧产生的摩擦力是不是足够防止轴承跑圈?要回答这个问题,就需要知道轴承跑圈这个力的大小。但是,这个力计算起来十分困难,因此弹簧预紧力也没法根据这个进行设计。
②电机轴向尺寸累计公差。电机轴向累计公差落在弹簧上就会产生变形量,而且这个力也不太好控制。这也是为什么弹簧预负荷给出的范围很宽,后续相关文章会介绍。
③用轴向力的摩擦防止周向运动,不直接。并且这样的布置还有可能造成轴承端面的磨损。

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