电机轴承负荷计算之轴承受力计算

昌晖仪表曾阐述过电机轴承承受的负荷情况，对电机轴承所承受的负荷计算过程中哪些负荷需要计入计算，哪些不需要计入计算等做了说明。对与上述问题清楚之后就需要计算电机轴系统中每一个轴承在工作情况下所需要承受的负荷。

本文依然用内转式卧式电机举例。假设电机轴系统中轴伸端为定位端，非轴伸端为浮动端。内转式卧式电机轴承受力如下图所示：

图中左侧轴承为驱动端轴承，我们称驱动端轴承为1号轴承。在图中的轴承布置中，驱动端轴承是定位端。1号轴承上的径向负荷为F_r1,轴向负荷为F_1a。

图中右侧轴承为非驱动端轴承，我们称非驱动端中轴承为2号轴承。图中的轴承布置中，非驱动端轴承为浮动端。2号轴承上的径向负荷为F_2r，轴向负荷为F_2a。

电机轴伸端承受径向负荷Fr以及轴向负荷Fa。(关于Fr和Fa的计入问题，请参考《如何考虑电机功率或者转矩对负荷的影响》和《聊聊立式电机和卧式电机轴承承载差异》两篇轴承负荷计算相关文章)。

图中G为电机转子重力。在前面的文章中已经讲，卧式电机转子重力是一个径向负荷，其作用点是在转子质心位置。

图中，我们用右端轴承位置作为尺寸基准(尺寸基准可以根据实际图纸决定，本图仅做举例说明，并非存在某种原则，请读者不要误解）。转子质心距离浮动端轴承的距离为L₁；固定端轴承距离浮动端轴承的位置为L₂；轴伸端受力点距离浮动端轴承距离为L₃。

因此由图中我们可以得到如下受力分析。
径向负荷关系：F_1r+F_2r=G+F_r
力矩关系：G×L₁+F_r×L₃=F_1r×L₂
则F_1r=(G×L₁+F_r×L₃)/L₂；F_2r=G+F_r-(G×L₁+F_r×L₃)/L₂，由此，我们可以得到1号轴承的径向负荷F_1r和2号轴承的径向负荷F_2r。

由轴承配置相关知识可知，一端定位一端浮动的轴承配置结构，轴向负荷由定位端轴承承担。因此在这个例子里，有：F_1a=F_a；F_2a=0

请注意，图中画的是轴承承受的轴向负荷方向，不是轴系支反力方向。轴受到支反力的方向是与外界轴向负荷方向相反的，而轴承受到的轴向负荷与外界轴向负荷方向相同。至此，我们得到了这个结构中两个轴承承担的径向负荷和轴向负荷。

对于立式电机而言，立式电机轴承受力如下图所示

图中用非轴伸端作为定位端，轴伸端作为非定位端。定义定位端轴承为1号轴承，浮动端轴承为2号轴承。1号轴承承受的轴向力为F_1a；径向负荷为F_1r。2号轴承承受的轴向负荷为F_2a；径向负荷为F_2r。轴端承受的轴向负荷为F_a；径向负荷为F_r。转子重力为G，依然作用于质心。两个轴承间距L₁；轴端受力点与定位端轴承距离为L₂。

由上图，我们作如下受力分析：
径向负荷关系：F_1r+F_2r=F_r
力矩关系：F_r×L₂=F_2r×L₁
则F_2r=(F_r×L₂)/L₁；F_1r=F_r-(F_r×L₂)/L₁，由此，可以得到1号轴承的径向负荷F_1r；2号轴承的径向负荷F_2r。

由轴承配置的相关知识我们知道，两个轴承的轴向负荷分别为：F_1a=G+F_a；F_2a=0

请注意，图中画的是轴承承受的轴向负荷方向，不是轴系支反力方向。轴受到支反力的方向是与外界轴向负荷方向相反的，而轴承受到的轴向负荷与外界轴向负荷方向相同。

至此，我们得到了这个结构中两个轴承承担的径向负荷和轴向负荷。

工程师可以使用本篇文章介绍的方法进行相关电机轴承受力计算。通过这些计算我们可以得到轴承承受的轴向力和径向力。但是如何将轴承的轴向负荷和径向负荷折算成当量负荷从而进行轴承寿命计算呢？轴承当量负荷的含义是什么？轴承寿命计算的本质含义是怎样的？实际工况中的轴承寿命与寿命计算之间的关系存在怎样的差异怎样进行修正？这样的修正才是更贴近实际的？敬请关注电工基础栏目的相关文章