電機(jī)軸承異音是頻率為20～20 kHz時(shí)可以被人耳識(shí)別的電機(jī)非正常聲音，在電機(jī)試驗(yàn)及使用中電機(jī)軸承振動(dòng)及異音一直是困擾電機(jī)制造及使用者的重大難題。軸承振動(dòng)異音長(zhǎng)期發(fā)生會(huì)造成電機(jī)軸承振動(dòng)增大，大大縮短使用壽命，如果不及時(shí)調(diào)整或更換軸承會(huì)損壞電機(jī)軸承室或轉(zhuǎn)軸，嚴(yán)重的會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)后電機(jī)連線燒損，更嚴(yán)重的會(huì)造成電機(jī)掃鏜等重大質(zhì)量事故，使電機(jī)無(wú)法正常使用。

為探究軸承異音發(fā)生的原因，按照GB 10068—2008《軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》要求，通過(guò)VM-63A手持式測(cè)振儀及EN900C便攜式振動(dòng)分析儀對(duì)兩端深溝球軸承異音電機(jī)進(jìn)行軸承振動(dòng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承出現(xiàn)異音的時(shí)候，電機(jī)軸承振動(dòng)加速度都會(huì)瞬時(shí)急速升高。因此對(duì)影響振動(dòng)加速度的因素進(jìn)行研究并找出相應(yīng)的控制策略，使加速度值符合GB 10068—2008的規(guī)定，是減少甚至消除電機(jī)軸承振動(dòng)及異音的關(guān)鍵。為降低振動(dòng)加速度，本文在分析軸承振動(dòng)加速度超差原因的基礎(chǔ)上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

軸承振動(dòng)加速度超差的原因

一、軸承潤(rùn)滑不良

軸承在使用時(shí)合理使用潤(rùn)滑脂，保證油脂稠度及粘度的穩(wěn)定性，使軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保證鋼材表面形成一層穩(wěn)定油膜，可減少摩擦，降低軸承振動(dòng)加速度，提高軸承使用壽命。在潤(rùn)滑脂中加入添加劑，加強(qiáng)潤(rùn)滑油膜的強(qiáng)度，確保軸承最佳負(fù)荷能力，可進(jìn)一步減少摩擦，大大降低軸承振動(dòng)加速度，進(jìn)一步延長(zhǎng)軸承使用壽命。

二、軸承室配合尺寸超差

軸承室與軸承的配合公差直接影響軸承的游隙，軸承室與軸承外圈過(guò)贏配合大，造成軸承游隙過(guò)小，電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可改善軸承振動(dòng)數(shù)值，但會(huì)導(dǎo)致軸承急速溫升使軸承燒死而報(bào)廢。軸承室與軸承外圈間隙配合過(guò)大，造成軸承外圈跑圈，損壞軸承室，增大軸承振動(dòng)，縮短軸承壽命。

三、軸承預(yù)緊力不夠

軸承的預(yù)緊主要作用為提高剛性、減低噪聲、提高軸引導(dǎo)的精度、補(bǔ)償在運(yùn)行中的磨損、延長(zhǎng)工作壽命；對(duì)于兩端深溝球軸承的電機(jī)結(jié)構(gòu)，通常軸承采用的是彈簧預(yù)緊，故彈簧的預(yù)緊力大小對(duì)電機(jī)軸承振動(dòng)加速度影響較大。電機(jī)結(jié)構(gòu)及模型圖如圖1所示。

根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)及胡克定律計(jì)算，前端軸承預(yù)緊力為：

四、電機(jī)定轉(zhuǎn)子不對(duì)中

如果發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子軸向?qū)ΨQ中心偏置，會(huì)造成電機(jī)定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的軸向磁拉力增大；電機(jī)定轉(zhuǎn)子有徑向通風(fēng)槽的電機(jī)，通風(fēng)槽在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中起到風(fēng)扇的作用，為了保證風(fēng)路暢通，會(huì)產(chǎn)生軸向拉力；軸向電磁拉力與風(fēng)扇軸向力，方向相同。如果兩力之和與軸承預(yù)緊力相反會(huì)降低軸承預(yù)緊力，如果相同則可以增加前軸承的軸向預(yù)緊力。故控制電機(jī)定轉(zhuǎn)子軸向?qū)ΨQ中心偏移量對(duì)電機(jī)軸承振動(dòng)加速度影響較大。

圖1 電機(jī)結(jié)構(gòu)及軸承模型圖

試驗(yàn)驗(yàn)證

為了有效排除電機(jī)以外的振動(dòng)，電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)加速度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

從數(shù)據(jù)結(jié)果不難看出，電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)及空冷器電機(jī)對(duì)整機(jī)軸承振動(dòng)影響不大，在此可忽略不計(jì)。

一、潤(rùn)滑脂驗(yàn)證

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)常用潤(rùn)滑脂的選用，對(duì)美孚SHC100潤(rùn)滑脂及克魯勃KLUBERBEM41-141潤(rùn)滑脂性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

將同一電機(jī)在水平狀態(tài)下使用相同體積的美孚SHC100和克魯勃KLUBERBEM41-141兩種潤(rùn)滑脂進(jìn)行振動(dòng)加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果如表3所示。

同一電機(jī)分別加注等量SHC100及KLUBERBEM41-141的兩次水平試驗(yàn)結(jié)果比較表明，加注KLUBERBEM41-141潤(rùn)滑脂后電機(jī)振動(dòng)加速度幅值明顯減小，潤(rùn)滑脂對(duì)電機(jī)軸承振動(dòng)加速度有較大影響。

表1 電機(jī)自身以外的振動(dòng)加速度

表2 潤(rùn)滑脂性能對(duì)比

表3 SHC100和KLUBERBEM41-141潤(rùn)滑脂水平振動(dòng)加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4 端蓋軸承室涂鍍前后軸承振動(dòng)加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)

二、軸承室配合尺寸驗(yàn)證

根據(jù)公司產(chǎn)品雙溝球軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，涂鍍軸承室內(nèi)圈減小配合間隙，使軸承室與軸承外圈單邊間隙由0.35mm減小到單邊0.01～0.015mm，并進(jìn)行軸承壽命計(jì)算，兩次試驗(yàn)同樣加注KLUBERBEM41-141軸承潤(rùn)滑脂，試驗(yàn)前后電機(jī)軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表明：在軸承室配合公差改變前后，電機(jī)軸承振動(dòng)加速度值整體減小，電機(jī)前端軸承振動(dòng)加速度明顯大于后端軸承振動(dòng)加速度。軸承室配合公差對(duì)電機(jī)軸承振動(dòng)加速度有一定影響。

三、軸承預(yù)緊力驗(yàn)證

經(jīng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)加速度幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)幅值；經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，前端軸承預(yù)緊力傳遞效果不良，致使前端軸承預(yù)緊力不夠。將電機(jī)后端軸承蓋進(jìn)行改制，軸承預(yù)緊彈簧數(shù)量由42個(gè)增加至52個(gè)，從而增加軸承預(yù)緊力，兩次試驗(yàn)同樣加注克魯勃KLUBERBEM41-141軸承潤(rùn)滑脂進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為前端三方向的振動(dòng)加速度由4.3m/s2降至3.2 m/s2，后端三方向的振動(dòng)加速度由2.0m/s2升至2.5 m/s2。增加彈簧數(shù)量后，預(yù)緊力傳遞到前端軸承，前段軸承預(yù)緊力增大，振動(dòng)加速度明顯下降并合格。軸承預(yù)緊力對(duì)電機(jī)軸承振動(dòng)加速度影響較大，可能是主要原因。

四、模擬工況驗(yàn)證

根據(jù)軸承計(jì)算報(bào)告，結(jié)合電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)，模擬風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，比較電機(jī)傾斜試驗(yàn)結(jié)果，電機(jī)傾斜后前端軸承預(yù)緊力增加，達(dá)到電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)軸承選型的額定設(shè)計(jì)預(yù)緊力。

選取加注KLUBERBEM41-141潤(rùn)滑脂水平放置的試驗(yàn)電機(jī)，模擬風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)狀態(tài)，把電機(jī)驅(qū)動(dòng)端抬高5°進(jìn)行空載振動(dòng)監(jiān)測(cè)比較，結(jié)果如表5所示。

電機(jī)模擬實(shí)際運(yùn)行工況前端抬高5°傾斜試驗(yàn)比較結(jié)果表明，電機(jī)在傾斜狀態(tài)下前端軸承振動(dòng)加速度明顯下降，后端無(wú)明顯變化，且滿足GB 10068—2008 《軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng) 振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電機(jī)空載振動(dòng)加速度≤3.6m/s2的要求。故采取措施增加軸承前端軸承預(yù)緊力對(duì)降低電機(jī)前端軸承振動(dòng)加速度至關(guān)重要。

五、電機(jī)定轉(zhuǎn)子中心對(duì)齊驗(yàn)證

在電機(jī)抽檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵心中心沒(méi)有對(duì)齊，基本偏差都在3～5mm，且都是轉(zhuǎn)子鐵心的中心線相對(duì)于定子鐵心的中心線往非傳動(dòng)端偏移，電機(jī)啟動(dòng)后，電磁拉力及電機(jī)風(fēng)路的軸向分力抵消前端軸承的軸向預(yù)緊力。故在前端蓋與機(jī)座之間及后端內(nèi)軸承蓋與軸承室之間增加3mm墊圈，使轉(zhuǎn)子鐵芯整體向傳動(dòng)端移動(dòng)，達(dá)到定轉(zhuǎn)子鐵心中心線基本對(duì)齊并進(jìn)行水平空轉(zhuǎn)試驗(yàn)。監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

調(diào)整電機(jī)定轉(zhuǎn)子中心，減小電磁力及電機(jī)風(fēng)路的軸向分力與彈簧預(yù)緊力對(duì)前端軸承預(yù)緊力的影響，電機(jī)軸承聲響及振動(dòng)加速度明顯改善并都合格。調(diào)整電機(jī)定轉(zhuǎn)子對(duì)中可改善電機(jī)前端軸承預(yù)緊力，解決電機(jī)軸承異音。

表5 電機(jī)前端水平與抬高5°試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 定轉(zhuǎn)子中心調(diào)整前后振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)

表7 調(diào)整電機(jī)定轉(zhuǎn)子對(duì)中前后，軸承振動(dòng)加速度及軸溫升數(shù)據(jù)

效果驗(yàn)證

對(duì)試驗(yàn)合格電機(jī)進(jìn)行多次復(fù)測(cè)，數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯變化，與工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。對(duì)該電機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)溫升試驗(yàn)，檢測(cè)電機(jī)軸承溫升狀況，結(jié)果如表7所示。

電機(jī)在調(diào)整定轉(zhuǎn)子中心對(duì)齊前后長(zhǎng)時(shí)溫升對(duì)比表明，保證前端軸承預(yù)緊力后，前后端軸承溫升都有下降，前端軸承溫升下降明顯，并符合電機(jī)出廠要求。

解決對(duì)策

同一臺(tái)電機(jī)加注等量的SHC100及KLUBERBEM41-141兩種不同潤(rùn)滑脂，在相同工況下稠度、粘度較高且添加極壓添加劑的克魯勃KLUBERBEM41-141潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑表現(xiàn)良好。此外，選擇合理的軸承室配合公差，控制電機(jī)定轉(zhuǎn)子對(duì)齊，將電機(jī)傳動(dòng)端抬高5°模擬實(shí)際運(yùn)行工況，保證電機(jī)前后端軸承達(dá)設(shè)計(jì)預(yù)緊力要求，都能使電機(jī)振動(dòng)加速度減小且異音消失。

結(jié)論

本文主要針對(duì)目前雙饋電機(jī)制造過(guò)程中影響軸承振動(dòng)加速度的因素進(jìn)行了分析驗(yàn)證，并找出相應(yīng)解決措施。對(duì)于電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中電磁參數(shù)的優(yōu)化、設(shè)計(jì)與制作過(guò)程的基準(zhǔn)統(tǒng)一、試驗(yàn)電源質(zhì)量的影響等還需深入研究。

電機(jī)軸承異音一直是困擾電機(jī)正常運(yùn)行的難題，作者深知此課題的研究任重而道遠(yuǎn)，愿此篇文章的結(jié)論能對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)的軸承異音判斷及解決提供幫助。