导致电机轴承发热和损毁的原因
发布时间:2021-11-24 浏览量:
轴承系统是电机产品非常关键的工作系统,当轴承系统出现问题时,轴承会因为发热而出现过早地磨损、散架等问题。
轴承是电机产品定位的重要零部件,与其他零部件关联,保证了电机产品转子部分在径向和轴向的相对位置符合要求。
当轴承系统出现问题时,前兆性的表象为杂音或发热,机械性的故障一般先表现为杂音,继而开始发热,再后来就会发展为轴承的磨损,具体表象为杂音加大,甚至出现轴承散架、电机抱轴、绕组烧毁等更严重的问题。
1、导致轴承发热和损毁的原因为哪些?
(1)装配、使用因素
去过轴承制造厂的人都清楚,轴承制造过程控制特别严格,特别是好一些的轴承厂家,轴承的关键工序在一个非常清洁的环境中进行;而在电机装配及后期使用和维护环节,有些时候很不尽如人意,如:
① 装配过程中,环境不好对轴承本身的污染;
② 润滑油(或润滑脂)中混入杂质(颗粒、其他油类、水等);
③装配过程中对轴承的磕碰,非正常的受力等
都会导致轴承在短时间内出现问题。在使用环节,如果将电机置于潮湿或更严酷的环境中,轴承可能会生锈,这对于轴承系统也是致命的问题。
关于轴承系统,还有一个问题是轴承内盖与轴承外盖部位的密封,也就是我们所说的密封油槽加工的规范性,加工不规范、或轴承内外盖的直径正超差时,也容易出现异物进入轴承导致故障。
(2)轴承径向配合不合理导致的问题
对于任何轴承产品,都存在初始游隙和工作游隙,轴承一旦被安装,特别是电机运行时,轴承的游隙就是工作游隙,只有工作游隙的正常的范围内,轴承方可正常的工作。
在实际中,轴承内圈与轴的配合、轴承外圈与端盖(或轴承套)轴承室的配合,都直接影响到轴承的工作游隙或相对运行:当轴承处于较紧的夹持状态时,工作游隙会变小,轴承会发热;同样,当配合太松时,又会发生轴承的跑圈问题。
(3)定转子不同心问题导致的别劲问题
从理论上分析,当电机的定子与转子同轴时,电机运行时轴承的径向游隙应该处于比较均匀的状态,如果定转子不同心时,相当于两者的中心线不是重合状态,而是相交的状态。
以卧式电机为例,转子将不平行于底脚面,导致两端的轴承都受到一个径向和轴向的外力,电机运行时自然会使轴承非正常工作。
良好的润滑是轴承正常运行的必要条件,对于电机产品,要保证轴承系统正常工作,应从轴承、润滑脂、关联零部件等多方面入手分析和解决。
2、润滑对电机轴承运行情况的影响
(1)润滑脂性能与电机运行工况的匹配关系
电机技术条件中会对电机的标准运行环境进行规定,如环境温度、海拔高度等,标准电机选择润滑脂时会按照该条件进行,但对于特殊环境运行的电机,运行环境可能比较恶劣,如高温环境、低温环境等。
对于特别寒冷的气候,润滑脂必须有足够的耐低温性能,我个人曾经历过一批电机,大冷天电机从库房提出后,手盘电机无法转动,通电运行有明显噪声,运行5分钟左右电机声音正常。经核查电机使用的润滑脂不符合要求。
同样,对于高温环境运行的电机,比如说空压机电机,特别是在温度较高的南方地区,大多数空压机电机运行环境温度在40度以上,再加上电机的温升,轴承系统温度会很高,普通的润滑脂会因为温度过高而降解失效,导致轴承润滑脂流失,而轴承处于非润滑状态,很短时间内轴承发热损毁,严重时导致绕组因电流大、温度高而烧毁。
(2)润滑脂过多导致的轴承发热
从热传导的角度分析,轴承运行过程中也会产生热量,其热量会通过关联零部件散发,当润滑脂过多时,会堆积在轴承系统内腔,极不利于热量的散发。
这就涉及两个问题,一个是润滑脂的填充量问题,另一个非常重要的问题是轴承关联零部件的设计问题,主要涉及挡油盘和轴承内外盖。
(3)轴承系统零部件设计的合理性
不少的电机厂家针对于轴承系统零部件进行了改良设计,除我们上期谈过的配合公差外,对于轴承内盖、轴承外盖和挡油盘进行了改进,以保证轴承运行过程中适量油脂的循环,保证轴承润滑的必要需求,又防止了过多油脂填充下的阻热问题。
(4)润滑脂的定期更换
电机运行时,按照使用频度应进行润滑脂的更换,更换过程应将原脂进行清理,并更换相同牌号的脂;对于该问题,正常的生产厂家会标出润滑脂更换的周期和具体的牌号。
在前面的话题中,探讨了装配过程、公差配合、润滑等轴承系统本身因素导致的问题,但有一些间接的因素同样会导致电机轴承发热,而且有的因素对于轴系统是致命的。
3、影响电机轴承系统问题的其他因素
(1)电机的定转子气隙不均匀
对于电机的定转子气隙。我们谈过很多的内容,如定转子气隙对效率、对振动噪声、对温升的影响等。当电机的定子与转子气隙不均匀时,在电机通电后最为直接的表现是电机了低频电磁声,对于轴承系统的影响则来自于因径向磙拉力的作用,导致电机运行时轴承始终处于偏心状态,从而导致轴承发热受损。
(2)轴电流问题
该问题对于变频电机、低压大功率电机和高压电机影响较大。
如果不采取有效的措施,轴电流对于轴承基本上是毁灭性的打击,不严重时,轴承系统表现为杂音,进而杂音变大;而轴电流严重时,轴承系统杂音变化特别快,拆解检查是轴承套圈上会有明显的搓板状痕迹;轴电流问题伴随着一个较大的问题是润滑脂的降解失效,因而会导致较短时间内轴承系统发热烧毁。
(3)转子槽斜度
大多数的电机转子为直槽,但为了满足电机的一项性能指标,可能就必须将转子做成斜槽,当转子槽斜度较大时,电机定转子的轴向磁拉力分量会增大,使轴承受到非正常的轴向力作用而发热。
前面的话题中,探讨了装配过程、公差配合、润滑、定转子气隙、轴电流、转子槽斜度、轴向力等因素对电机轴承的影响,接下来的话题是针对一些特殊因素的影响分析。
影响电机轴承系统问题的特殊因素
(1)散热条件不良
对于大多数小型电机,端盖不一定带散热筋,而对于大规格电机,端盖上的散热筋对于轴承温度的控制特别重要;对于一些增容的小型电机,也通过端盖的散热改进,进一步改善轴承系统的温度。
(2)立式电机的轴承系统控制
我们在以前的推文中谈过立式电机轴承的装配控制要求,如果因为尺寸偏差或装配本身的方向错误,都会导致电机轴承无法在正常工作状态下运行,势必会导致轴承杂音和发热。
(3)高速重载状态下的轴承发热
对于负载较大的高转速电机,应当选择精度相对较高的轴承,避免因为轴承精度不够而出现问题。
如果轴承的滚动体尺寸一致性不好,在电机负载运行状态下,因为各个滚动体受力不一致,会出现轴承的自振和磨损问题,这个过程可能会有金属屑脱落而影响轴承的运行,加剧轴承的发生和损坏。
特别是对于高转速电机,缘于电机本身的结构,转轴进行可能相对较小,运行过程中出现转轴挠曲的可能性较大,因而对于高转速电机,往往会在转轴的材质上进行必须的调整。
(4)大电机轴承热套过程不适宜
对于小型电机,轴承采用冷压工艺较多,而对于大型电机和高压电机,采用轴承加热工艺的较多,加热方式有两种,一种是油热,另一种感应加热,如果温度控制不好,温度过高时会导致轴承性能失效,电机运行一段时间后,出现杂音和发热问题。
(5)端盖轴承室、轴承套发生变形和裂纹
该问题多发生在大型电机的铸造零部件上,由于端盖属典型的板状零件,在铸造过程、加工过程都可能发生较大的变形,有些电机在存放过程中即出现轴承室裂纹问题,导致电机运行过程出现杂音甚至是致命的扫膛质量问题。
对于轴承系统的问题,可能还有其他有一些不确定因素,轴承参数与电机参数的合理匹配是最有效的改进方式,对于这方面的尝试,有的轴承厂家已在做,特别是对于品牌较好的一些轴承厂家,通过电机负载及运行特性的匹配造型规则也已比较成熟,这些相对精细的改进将会有效降低电机轴承系统的问题。