大中型电机轴承及润滑方式的选择

【摘要】主要论述了电机设计过程中轴承及其润滑方式的选择问题，并对滑动轴承及滚动轴承分别作了详细的介绍。其中介绍了滑动轴承润滑冷却方式的确定方法及润滑油牌号的选择；对滚动轴承则介绍了轴承牌号、尺寸及润滑方式的选择。最后结合实际应用对两种轴承分别进行了举例说明。

 

0 引言

轴承属于电机的易损部件，轴承及其润滑方式选择的合理性，决定了电机的运行稳定性及其维护成本。电机常用轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类，下面分别对电机设计中滑动轴承及滚动轴承的选择进行说明。

1 滑动轴承及润滑油的选择

1.1 润滑冷却方式的确定

轴承的润滑对滑动轴承来说非常重要，如果润滑不当可能会造成轴承发热甚至烧毁。通常可经过以下计算分析来确定滑动轴承润滑冷却方式

(1) 轴承单位面积压力(kg/cm^2)

p=F/(d×l)        (1)

式中，F—转子重量和单边磁拉力的分配载荷(kg)，其中单边磁拉力=0.3DL(kg)，D—定子内径(cm)，L—扣除通风沟后的铁心净长(cm)；d—轴径(cm)；l—瓦长(cm)。

(2) 轴径线速度(m/s)(2)

v=π×d×n/6000       (2)

式中，n—转速，r/min。

(3) 系数

(4) 当K=6～50时采用油环润滑冷却；当K=50～100时采用压力油、油环复合润滑冷却(若仍靠油环冷却，其油池需要水冷)；当K＞100时，必须采用压力油润滑冷却。

(5) 轴径线速度过低时，油环带油量不足，过高时油环跳动不可靠，因此油环润滑往往局限在线速度3～15m/s范围内。

1.2 润滑油牌号的选择

在电机转速高时，由于摩擦损耗严重，应采用粘度小的润滑油；而在转速低时，用粘度较大的润滑油，以便建立油膜。其一般可按轴径线速度的大小来选取。

v＞15m/s时，用气轮机油L-TSA32

v=5～15m/s时，用气轮机油L-TSA46

v＜5m/s时，用全损耗系统用油L-AN68(不适合用于循环润滑系统，循环润滑系统一般用ISO-VG68)。

 1.3 计算实例

某钢厂烧结风机电机，型号规格：YKS630-4 2500kW 10kV，该电机轴承为滑动轴承，轴承润滑为油环润滑。该电机使用过程中，经常出现轴承温度过高而引起报警。经过测量，得到如下计算数据，转子重量：3100kg；定子内径D:65cm；定子铁心净长L：90cm；电机轴径d：14cm；电机轴瓦长度l：9.5cm；电机转速n：1488r/min。

电机载荷分布按照前后轴承对称布置来计算。将上述数据代入式(1)、式(2)、式(3)可计算出

K=153.7＞100   (4)

因此，该电机应采用压力润滑。

通过上述计算，确定该电机故障为轴承润滑方式选择不当造成，将该轴承增加了润滑油站，采用压力润滑后，故障排除。

2 滚动轴承及润滑脂的选择

2.1 轴承的选择

滚动轴承的选择主要从以下几个方面考虑

(1) 负荷的大小和方向；(2) 转速；(3) 寿命；(4) 经济性和通用性。

电机转速一般大于10r/min，且远低于轴承的极限转速，可不验算静负荷和极限转速，只需考虑动负荷。轴承尺寸的选择可根据寿命、可靠性的要求和当量动负荷P，由疲劳寿命计算公式计算轴承应具有的基本额定动载荷C值，然后选择符合要求的轴承型号。但在实际应用中选择轴承时，一般可根据电机轴颈尺寸直接预选某一型号的轴承，查出其额定动负荷C值，然后通过疲劳寿命计算公式计算轴承寿命，以此来决定所选轴承能否符合要求。轴承寿命计算公式如下

L10h= 10^6×(C/P)^ρ/(60n)    (5)

式中，n—额定转速，r/min；C—基本额定动负荷，kN，P—当量动负荷，kN，ρ—寿命公式中的指数，球轴承取3，滚子轴承取10/3。

当量动负荷的一般公式为P=xFr+yFa式中，Fr—实际径向负荷，N；Fa—实际轴向负荷，N；x—径向负载系数；y—轴向负载系数。

对于大中型电机所用轴承计算出的疲劳寿命应大于100000小时。

2.2 滚动轴承的润滑

滚动轴承润滑的主要作用是

(1) 防止滚动体与轴承圈之间产生干摩擦；

(2) 防止滚动体表面和套圈工作表面生锈；

(3) 使因摩擦而产生的热能均布到轴承的各部分并且散出；

(4) 防止灰尘进入轴承内部。

滚动轴承的润滑油分为两类：(1) 半固体润滑油；(2) 液体润滑油。

液体润滑油是轴承的最佳润滑油，然而它常需要十分复杂的密封装置。实际上常用的是半固体润滑油，它只需很简单的密封盖，并且润滑油脂能有效地使轴承隔绝外界影响，所以一般大中型电机的滚动轴承都采用优质锂基润滑脂。

2.3 计算实例

下面以一台电机为例对电机滚动轴承的选择加以说明。电机规格YKK500-4 900kW 6kV，根据机械计算电机轴伸选为φ130，轴颈直径选为φ150，根据以上说明轴伸端轴承采用一个单列圆柱滚子轴承NU230ECJ和一个深沟球轴承6230配对使用，非轴伸端轴承采用一个单列圆柱滚子轴承NU228ECJ。由于电机载荷主要由两个圆柱滚子轴承承受，所以可只计算圆柱滚子轴承的疲劳寿命，根据式(5)，查轴承样本C=510kN，根据转子自重及单边磁拉力计算得P≈24.5kN，L10h约为250000小时，远大于100000小时，因此所选轴承是合适的。

3 结语

基于上述分析，电机设计人员可以合理选择电机轴承型式及润滑方式，避免因轴承及轴承润滑方式选择不当而造成轴承损坏。

本文转自《防爆电机》2013年第3期