陳 金 剛

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司,山東 德州 253002)

0 引 言

立式電機(jī)是電機(jī)輸出軸的軸心線垂直于底盤或變速機(jī)構(gòu)的電機(jī)，其突出特點是安裝孔以輸出軸為中心，周圍等距分布。電機(jī)使用過程中，時常因軸承選型和零部件與軸承配合存在的隱性問題，造成電機(jī)或軸承溫度過高，不符合設(shè)備使用要求。因此，在檢修過程中，對立式泵電機(jī)定子和軸承發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行整治，通過測量和試驗驗證了整改的效果。

1 設(shè)計工藝整改方案

針對立式電機(jī)定子發(fā)熱對定轉(zhuǎn)子鐵心和線圈數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整，增加了電機(jī)的負(fù)載承受能力。針對電機(jī)軸承熱，重點保證電機(jī)溫升穩(wěn)定后軸承運轉(zhuǎn)時軸承的軸徑向間隙，主要采取以下措施：(1)對前后端蓋軸承室尺寸公差進(jìn)行調(diào)整，端蓋軸承室直徑公差去掉下偏差，減小因裝配造成的軸承徑向間隙減小量，并在加工完成后進(jìn)行擠壓工藝處理。(2)軸承外小蓋止口高度進(jìn)行調(diào)整，降低上端外小蓋止口高度，消除軸向累積公差造成的軸承軸向間隙的減小。(3)針對角接觸球軸承既可承受立式電機(jī)使用時轉(zhuǎn)子本身帶來的軸向力，又可承受電機(jī)帶載運行時負(fù)荷帶來的徑向力；深溝球軸承除可承受徑向力外，亦可承受輕微軸向力。對軸承的選用做出規(guī)定，H160及H160機(jī)座號以下電機(jī)由于轉(zhuǎn)子本身較輕，兩端均用球軸承；機(jī)座號H180至H280立式電機(jī)兩端均用C3大游隙深溝球軸承；H315及H315以上立式電機(jī)一般下端用角接觸球軸承，上端用C3大游隙深溝球軸承。(4)電機(jī)裝配完成后進(jìn)行端徑跳和軸跳測量，對不合格電機(jī)及時進(jìn)行調(diào)整，保證端徑跳及軸跳在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而減小形位公差對軸承游隙造成的影響。(5)電機(jī)端徑跳和軸跳合格后，對電機(jī)做空載溫升試驗，測試電機(jī)軸承溫升，穩(wěn)定溫升不超過40 ℃，最高溫度不超過85 ℃。對軸承溫升不符合要求的電機(jī)進(jìn)行拆檢，分析原因，找出問題根源。

2 立式電機(jī)軸承游隙對軸承溫度的影響

2.1 立式電機(jī)軸向尺寸累積公差對軸承軸向游隙的影響

立式電機(jī)軸承在運轉(zhuǎn)過程中，若因軸向尺寸累積公差引起軸承受到軸向力，鋼球和內(nèi)外滾道的接觸點會由滾道圓弧面的中間向側(cè)面移動，軸向游隙隨之減少。當(dāng)軸向游隙減少到零時，鋼球與滾道的接觸點移動到圓弧面的邊緣位置，使內(nèi)外套的軸向相對位置產(chǎn)生偏移，軸承的工作游隙亦減小為零，迫使軸承內(nèi)套帶著轉(zhuǎn)子，相對于軸承外套沿軸向來回擺動。在這些力的交替作用下產(chǎn)生往復(fù)運動，撞擊端蓋，產(chǎn)生較大的軸向振動。此時只須松開軸承外蓋的緊固螺栓，使軸承的軸向游隙得到恢復(fù)，振動會明顯減小。這種情況下，提高軸的加工精度，能起到一定作用。要從根本上解決，通常將軸伸端兩軸承蓋止口和軸承外圈端面的尺寸間隙由0.5 mm改為1 mm，增加容許累加公差，消除軸向累積公差對軸承軸向間隙的影響。

2.2 立式電機(jī)與軸承配套的零部件的形位公差對軸承軸向游隙的影響

立式電機(jī)軸承裝配過程中，與軸承配套的零部件的形位公差超標(biāo)會造成軸承的偏斜角過大，引起軸承振動，產(chǎn)生噪音。軸承的偏斜角是軸承內(nèi)圈軸心線相對軸承外圈軸心線的偏斜角度。該角度一般不超過16′。當(dāng)偏斜角度過大時，相對位置的鋼球會使軸承內(nèi)外套的側(cè)面同時受到相反的作用力。此時，軸承的軸向游隙減少為零，運行鋼球出現(xiàn)軸向擺動，滾道形成多個運行軌跡，工作游隙亦減小為零，轉(zhuǎn)子趨向歪斜運行，軸承內(nèi)套帶動轉(zhuǎn)子作軸向往復(fù)運動，撞擊端蓋，產(chǎn)生振動和噪音，由此產(chǎn)生的振動是整個轉(zhuǎn)子的運動引起，振動幅度大，往往超出標(biāo)準(zhǔn)幾倍。對此，主要在機(jī)加工過程中保證各配合面的平行度和同軸度，減少由形位公差帶來的影響。電機(jī)總裝時，注意配合面均勻緊固，接觸良好。調(diào)整端蓋和軸承蓋的緊固螺栓，使偏斜角減小，可使軸向振動明顯降低。在試驗過程中，若轉(zhuǎn)子動平衡合格，電機(jī)振動嚴(yán)重超標(biāo)，一般是由此種原因造成。此時電機(jī)運轉(zhuǎn)一段時間，軸承會明顯發(fā)熱或噪音嚴(yán)重超標(biāo)。為解決偏斜角過大的問題，通過對端蓋軸承室內(nèi)圓進(jìn)行擠壓整形，更換或修正與機(jī)殼和軸承配合的端蓋，減少端蓋軸承室內(nèi)圓對止口外圓的同軸度及軸承室內(nèi)圓軸心線對止口配合端面的垂直度公差量。

2.3 立式電機(jī)軸承的受力情況和修理措施

對于立式使用的電機(jī)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的重量，在電機(jī)裝配完成后，電機(jī)下端軸承受軸向力，上端不受軸向力的情況下，轉(zhuǎn)子兩端軸承的滾動體在正常滾道運行。當(dāng)電機(jī)運行一段時間后，電機(jī)溫度上升，對外風(fēng)扇冷卻的電機(jī)，轉(zhuǎn)子的溫升明顯高于定子，致使轉(zhuǎn)子膨脹量比定子大，轉(zhuǎn)子兩端軸承外移。如果電機(jī)軸向存在間隙，轉(zhuǎn)子兩端軸承外移后，軸承不會受到額外的軸向力。如果轉(zhuǎn)子兩端軸承外移量超過電機(jī)的軸向間隙，軸承受到不應(yīng)有的軸向力時，兩端軸承的工作游隙都趨向于零，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生振動，噪音。長時間運行會導(dǎo)致軸承損壞，抱死。為解決此種故障中，需要車上端軸承的外小蓋與軸承外圈配合的止口面，增加轉(zhuǎn)子的軸向容許量，從而使兩端軸承在正常滾道上運行，降低振動和噪音。

3 檢查試驗的驗證

立式電機(jī)的法蘭端蓋加工完成后，先進(jìn)行端徑跳測量，合格后再裝配，裝配完成后，出廠前除常規(guī)檢查試驗外，還進(jìn)行法蘭端徑跳和軸跳測量，合格后對電機(jī)繞組，軸承進(jìn)行空載溫升試驗，以確保電機(jī)質(zhì)量。

3.1 電機(jī)裝配完成后的機(jī)械檢查

電機(jī)裝配完成后首先進(jìn)行總體檢查。查證電機(jī)零部件裝配完整情況，各部件安裝是否到位，螺栓緊固是否完好，然后對電機(jī)進(jìn)行電氣性能的常規(guī)試驗，試驗合格后進(jìn)行端徑跳和軸跳測量。端徑跳超差通常會造成電機(jī)與配套設(shè)備存在應(yīng)力，軸承運行軌跡軸線與軸承中心線偏斜角過大，軸承磨損嚴(yán)重，溫升加劇，縮短軸承壽命，嚴(yán)重時軸承抱死。立式電機(jī)的端徑跳受零部件平行度，軸承間隙，裝配應(yīng)力等方面影響，裝配完成后易造成不合格。對此，通常通過整機(jī)車來保證端徑跳，使其在合格范圍內(nèi)。不同機(jī)座號電機(jī)的端徑跳合格范圍如表1所示。

表1 不同機(jī)座號電機(jī)的軸跳和端徑跳合格范圍

3.2 電機(jī)空載溫升試驗

電機(jī)端徑跳和軸跳測量合格后，放置在立式電機(jī)測試平臺上進(jìn)行空載軸承溫升測試。電機(jī)空載溫升試驗主要測試電機(jī)軸承的溫度，電機(jī)繞組溫升試驗在樣機(jī)試制完成后，型式試驗已驗證繞組溫升合格，所以空載試驗重點是測量軸承溫升，檢測電機(jī)整體溫度升高，定轉(zhuǎn)子膨脹后，軸承的游隙變化，確定軸承所受軸向和徑向力的狀態(tài)，從而對電機(jī)溫度升高后的軸承受力情況進(jìn)行驗證。

3.3 立式電機(jī)軸承溫度測量方法和測試過程中軸承溫升的基本規(guī)律

圖1 PT100測溫元件

中型立式電機(jī)的前后軸承處一般都裝有PT100測溫元件，軸承溫度可利用電機(jī)所裝PT100測溫元件進(jìn)行溫度測量，如圖1所示。對沒有安裝PT100的電機(jī)可用數(shù)位溫度表通過測溫桿測量軸承外小蓋上注油孔底部溫度。比較兩者測量數(shù)值，兩種方法測得的軸承穩(wěn)定溫度差值在2 ℃以內(nèi)。機(jī)殼溫度直接用測溫槍近距離(距測試點5～10 cm)測試?；鶞?zhǔn)點選在通風(fēng)良好的電機(jī)中間位置。電機(jī)進(jìn)行空載運轉(zhuǎn)時，每15 min測一次溫度，軸承空載運轉(zhuǎn)溫度根據(jù)機(jī)座號不同一般H280及H280以下電機(jī)1～2 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖2所示。H315～H355電機(jī)2～3 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖3所示。H400～H560電機(jī)3～5 h達(dá)到熱穩(wěn)定，如圖4所示。

圖2 Y250M-4-H立式電機(jī)軸承溫升走勢圖

圖3 Y355L2-4-H立式電機(jī)軸承溫升走勢圖

圖4 YVF-500M2-4立式電機(jī)軸承溫升走勢圖

一般軸承溫升合格電機(jī)，在開始30 min內(nèi)，軸承溫度變化較快，大約溫升在20～30 ℃；30～60 min溫升變緩，正常情況下在10 ℃左右；60～90 min溫度升幅更小，一般不會超過5 ℃；90～120 min溫升趨向穩(wěn)定，此時每隔15 min溫升在1～2 ℃；120～180 min時，溫度基本達(dá)到穩(wěn)定，此時即使有溫升，每隔15 min溫升在0.5～1 ℃浮動，軸承溫升與機(jī)殼溫升持平或小于機(jī)殼溫升，軸承溫升趨于穩(wěn)定；180 min以后，如果電機(jī)合格，軸承溫度不會再升或呈下降趨勢，如果電機(jī)軸承溫升存在問題，則電機(jī)在90～120 min溫升增幅一般不會減慢，并有上升趨勢，即使出現(xiàn)暫時的減緩，

在120～180 min時，溫升也會重新加大增幅，對于前端為推力軸承的立式電機(jī)，此時一個明顯的特征是：后軸承溫升增幅明顯高于前軸承，這時必須時刻注意，如果后軸承溫度達(dá)到80 ℃以上，應(yīng)立即停止運轉(zhuǎn)，進(jìn)行修理，以防電機(jī)軸承抱死。

4 結(jié) 語

電機(jī)軸承作為電機(jī)運轉(zhuǎn)的一個關(guān)鍵部件，對保證電機(jī)穩(wěn)定運行具有重要意義。軸承運轉(zhuǎn)過程軸承游隙是影響電機(jī)軸承溫升的關(guān)鍵因素。軸承軸徑向游隙受尺寸公差，位置公差等各方面影響，裝配完成后，時常造成游隙偏小，特別對于中型立式低壓大功率電機(jī)，由于定轉(zhuǎn)子長度均在1 m以上，所以設(shè)計時，需要考慮定轉(zhuǎn)子溫度升高后的膨脹量問題，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的冷卻方式，不同材料的膨脹系數(shù)，考慮機(jī)殼與轉(zhuǎn)子膨脹量因溫升的差異造成的不同。避免電機(jī)溫度增高以后軸承游隙趨向于零的現(xiàn)象發(fā)生，保證軸承的軸徑向游隙在軸承的正常運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)變化。

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