电机轴承的选型方法及举例.ppt

电机轴承的选型方法及举例 目录一 电机轴承选型概要二 电机轴承的选型参数要点分析三 电机轴承的选用举例分析 一 电机轴承选型概要 对电机厂的工程师来说 在选用电机用轴承的时候 必须从各种角度来考虑该轴承的选型 首先应比较电机和轴承的设计寿命和轴承的疲劳寿命 以此来决定轴承的尺寸 同时还要注意润滑脂老化引起的润滑脂寿命 磨损 噪声 另根据电机的不同用途 必须对精度 配合 游隙 保持架 润滑脂 密封结构 装卸及其他特殊要求进行选用 一般情况下 选择轴承应大致遵守以下顺序 电机轴承的选型概要 使用机械与设计寿命在选择轴承时 有意加大疲劳寿命系数 这不仅要选择大的轴承 不经济 并且 轴的强度 刚性 安装尺寸等 往往并不一定只以疲劳寿命为基础 各种机械所使用的轴承 根据使用条件 有基准的设计寿命 以经验疲劳寿命系数 参照表1 表示 2 1 电机轴承的尺寸选择 基本额定动载荷 表1 疲劳寿命系数fh与使用机械举例 2 1 电机轴承的尺寸选择 基本额定动载荷 2 1 电机轴承的尺寸选择 基本额定动载荷 作为轴承的使用条件 已给予了轴承负荷P及旋转速度n 作为电机所使用轴承的设计寿命 决定了疲劳系数fh的场合下 轴承所需要的基本额定动载荷C 可用下列公式求出 1 3 速度系数和疲劳寿命系数可以算出和查出 计算后可从轴承尺寸表中 选择可符合C的轴承 2 1 电机轴承的尺寸选择 基本额定动载荷 注 在一般的工业电机 采用P6 甚至P0级精度也可以满足其使用要求 2 2 电机轴承的精度选择 轴承精度主要指尺寸精度和旋转精度 国标参照国际标准分别规定了不同的精度等级及主要尺寸的公差及公差值 轴承精度分为P0 P6 P5 P4 P2五个等级 依次提高 尺寸公差滚动轴承的精度旋转精度 2 2 电机轴承的精度选择 不同标准的精度等级代号 轴承安装时轴承内径与轴 外径与外壳的配合非常重要 当配合过松时 配合面会产生相对滑动称做蠕变 蠕变一旦产生会对磨损配合面 损伤轴或外壳 而且 磨损粉末会侵入轴承内部 造成发热 振动和破坏 过盈过大时 会导致外圈外径变小或内圈内径变大 会减小轴承内部游隙 另外 轴和外壳加工的几何精度也会影响轴承套圈的原有精度 从而影响轴承的使用性能 2 3 电机轴承的配合的选择 2 3 电机轴承的配合的选择 过盈量不足引起的失效 蠕动失效 2 3 电机轴承的配合的选择 内径和轴过盈量太大引起的轴承卡死 2 3 电机轴承的配合的选择 2 3 电机轴承的配合的选择 滚动轴承配合的选用原则 2 3 1 轴承套圈相对于负荷的状况相对于负荷方向为旋转或摆动的套圈 应选择过盈配合或过渡配合 相对于负荷方向固定的套圈应选择间隙配合 当以不可分离型轴承作流动支承时 则应以相对于负荷方向为固定的套圈作为游动套圈 选择间隙配合或过渡配合 2 3 2 负荷的类型和大小当受冲击负荷或重负荷时 一般应选择比正常 轻负荷时更为紧密的配合 对于向心轴承负荷的大小用径向当量动负荷Pr与径向额定动负荷Cr的比值来划分 负荷越大配合过盈越大 轻负荷Pr Cr小于等于0 06正常负荷Pr Cr大于0 06 小于0 13重负荷Pr Cr大于0 13 2 3 电机轴承的配合的选择 2 3 3 轴承尺寸大小随着轴承尺寸的增大 选择的过盈配合过盈越大 间隙配合间隙越大 2 3 4 轴承游隙采用过盈配合会导致轴承游隙的减小 应检验安装后轴承的游隙是否满足使用要求 以便正确选择配合及轴承游隙 2 3 5 其它因素的影响轴和轴承座的材料 强度和导热性能 外部及在轴承中产生的热的导热途径和热量 支承安装和调整性能等都影响配合的选择 1 5 深沟球轴承的精度 1 5 深沟球轴承的精度 1 5 深沟球轴承的精度 所谓轴承内部游隙 即指轴承在未安装于轴或轴承箱时 将其内圈或外圈的一固定 然后使未被固定的一方做径向 轴向或角向移动时的移动量 根据移动方向 可以分为径向游隙 轴向和角向游隙 2 4 电机轴承游隙的选择 角向游隙 径向游隙是最常用的 微小型深沟球轴承径向游隙如下 微型轴承专用径向游隙如下 2 4 电机轴承游隙的选择 轴承运转时由于轴承配合以及内外圈温差的原因 一般要比初期游隙小 从理论上讲 轴承在运转时 稍带负的运转游隙 则轴承的寿命最大 但要保持这一最佳游隙是非常困难的 随着使用条件的变化 轴承的负游隙会相应增大 从而导致轴承寿命显著下降或产生发热 因此 一般将轴承的初期游隙定为略大于零 运转游隙可以从轴承的初期游隙和因为过盈所造成的游隙减少量 以及因外圈温度差而产生的游隙变化量求出 eff 0 f t eff 运转游隙mm 0 轴承原始游隙mm f 过盈造成的游隙减少量mm t 内外圈温度差所引起的游隙减少量mm 2 4 电机轴承游隙的选择 2 4 电机轴承游隙的选择 1 过盈造成的游隙减少量轴承采用静配合安装于轴或轴承箱上时 内圈膨胀 外圈收缩 导致轴承内部游隙减少 内圈或外圈的膨胀或收缩量 因轴承形式 轴和轴承箱形状 尺寸及材料不同而不同 大致近似过盈量的70 90 f 0 70 0 90 x deff 7 2 式中 f 过盈造成的游隙减少量mm deff 有效过盈量mm 2 4 电机轴承游隙的选择 2 内 外圈温度差造成的游隙减少量轴承运转时 一般外圈温度比内圈或滚动体温度低5 10 若轴承箱放热量大或轴连着热源 或空心轴内部有热流体流动 则内外圈温度差更大 该温度差造成的内外圈热膨胀量之差便成为游隙减少量 t x TxD0 t 温度差造成的游隙减少量mm 轴承钢的线膨胀系数12 5x10 6 T 内外圈的温度差 D0 外圈的滚道直径mm外圈滚道直径D0可用式 1 求出近似值 对于球轴承及自动调心滚子轴承 D0 0 20 d 4 D 1 式中 d 轴承内径mmD 轴承外径mm 保持架在深沟球轴承中起着等距离隔离滚动体并防止滚动体掉落 引导并带动滚动体转动的作用 其结构和材料如下表 2 5 电机轴承保持器材料和结构的选择 2 6 1 特殊材料 要求防锈性能特好 或在盐水等腐蚀环境下工作 则推荐选用不锈钢轴承 2 6 2 高温回火处理 使用温度比较高 超过了150度 则要求对该轴承套圈采用高温回火的热处理方式 正常热处理的回火温度为3个小时160度 则高温回火根据实际情况选用180度或220度 或250度等 2 6 3 冷冻处理 在淬火之后 回火之前 增加一道低温零下70度冷冻处理的工艺 主要目的是减少套圈内部的残余奥氏体的含量 提高轴承尺寸精度的稳定性 2 6 电机轴承特殊规格的选择 轴承密封目的在于防止轴承部位内润滑剂的外漏 以及防止外部的灰尘 水分 异物等有害物体侵入轴承内部 使得轴承可以在所要求的条件状态下 安全而持久地运转 下列情况时 可优先考虑选择预作充填滑脂的密封轴承 1 不要求轴承作永久运转 2 中低转速 负荷 温度的运转条件下 3 要求低的生产成本 4 添加润滑剂有困难的部位 或以后不必再添加润滑剂者 使用此类轴承 轴承壳 箱 及其密封设计得以简单化 大大降低制造成本 使用条件不苛刻时 甚至可作相当长时间的运转 已广为家电 车辆 马达等业界所采用 常见的密封种类及说明见后页 2 7 电机轴承的密封结构和材料的选择 2 7 电机轴承的密封结构和材料的选择 2 7 电机轴承的密封结构和材料的选择 深沟球轴承除了滚动接触以外 尚有相当的滑动接触 所以轴承润滑的主要目的是 减少轴承各部位的摩擦及磨耗 不产生高温烧熔 润滑方法 润滑剂的适当与否 直接大大地影响到轴承的性能与耐久性等 一般而言 润滑脂有以下之作用 1 减少摩擦及磨耗 2 摩擦热的传导 去除轴承因摩擦而生热 须要靠着润滑剂的中介而将热传导至它处或者带走 而使得轴承温度下降 润滑剂 轴承因而得以维持长久运转 3 缓和局部应力的集中 2 8 电机轴承用油脂的选择 润滑脂的分类润滑脂是以矿物油或合成油等润滑油作为基油 加入增稠剂而成为半固体状 以此作载体保持住基油 另为了提高性能而添加各种的添加剂组合而成 因此 润滑脂的性质就由基油 增稠剂以及添加剂的种类与组合来决定 润滑脂分类有许多方法 一般大都以增稠剂的类别作分类 概分金属皂基与非皂基两大类 因新的增稠剂 添加剂陆续不断地开发出来 而对润滑脂性能有很大的改良 故在选定滑脂时 实有充分把握最新各种不同滑脂特性之必要 下页所示为一般的润滑脂种类和其特性和常用规格 2 8 电机轴承用油脂的选择 润滑脂的种类和特性 2 8 电机轴承用油脂的选择 润滑脂的种类和特性 1 8 深沟球轴承的材料 油脂 2 8 电机轴承用油脂的选择 2 8 电机轴承用油脂的选择 滚动轴承是精密部件 应规范安装和使用 下面是安装的示意图 2 9 电机轴承的安装和使用 2 9 电机轴承的安装和使用 2 9 电机轴承的安装和使用 损伤钢球和内外圈滚道表面 深沟球轴承噪音可经由结构传导或空气媒介传出 转动中的深沟球轴承本身就是音源或振动之来源 造成轴承振动或噪音发生主要来自轴承的自然振动和轴承内部相对运动产生的振动 自然振动 轴承内 外圈为薄壁圈 本身有其固有的振动模态 通常马达用轴承第一自然频率在几KHz间 轴承内部之相对运动产生之振动 内外环和钢球表面的真实表面几何形状 如粗糙度和波纹度 这些会影响轴承的音质和振动 其中以钢珠球表面的影响最大 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 轴承振动加速度 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 轴承振动速度 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 在转动机械或装置上 轴承因为异常所产生噪音有时候会被周围的背景噪音所掩盖 幸好这些异音在振动信号上有其特性 可以利用信号分析技术来加以处理 轴承振动可利用包括安德鲁测定器等振动检测仪器和SO910噪音检测设备来确保轴承之噪音质量 轴承一旦在转动机械或装置上 其维护和保养 可利用振动传感器和频谱分析设备来监控机台振动状态 以轴承外圈缺陷所产生振动为例 滚动体接触缺陷时会产生连续性短暂的脉冲 这微弱信号会激发在不同的频带上 可以从几百Hz到几百kHz 这信号经过低通滤波器 利用包络分析法和FFT频率分析 可以检视出外环缺陷之噪音频率 如图a 图b 图c 一外圈有缺陷之608轴承照片一外圈有缺陷之608轴承经包络法分析 FFT后之频谱 内环转动 转速1800rpm 高频振动时的域信号显示缺陷频率fo 132Hz 和其倍频 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 静音轴承仪器自动测量化 以前对轴承的振动噪音 特别是对静音轴承 主要靠人耳来识别 现开发了专门的静音轴承检测和分析软件 测量其振动速度的有效值 峰值 波峰因数等数据 据此提出了静音轴承的评定参数和静音轴承 非静音轴承的具体量化指标 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 微小型轴承波峰因数和峰值测控轴承异音的量化指标如下表 2 10 电机轴承的振动和噪音等级选择 型号选用参考篇深沟球轴承样品征询表 2 11 电机轴承的型号和结构选用的调查表 家用电器电机用轴承 三 电机轴承选型举例 汽车电机用轴承 三 电机轴承选型举例 雨刮器电机 冷凝风扇电机 座椅电机 窗帘电机 交流发电机 启动电机 汽车电动助力转向电机 EPS 举例 家用电器 吸尘器电机用轴承选型3 1 分析其工况条件和要求 负荷较重 有振动冲击载荷转速极高恶劣的复杂的环境 有碳刷磨损后的粉尘密封性能较好 保证油脂长时间有效润滑技术参数 转速 30000rpm 50000rpm 耐温 40 150 长寿命 500h高功率 要求低振动 P5级精度 三 电机轴承选型举例 3 2 轴承大小 即额定动载荷的确定 根据转速30000 40000RPM 计算速度系数 根据前表疲劳寿命系数fh与使用机械举例中可以查处fh 3 同时经计算假设其受到的径向力P 100N 则可以计算C 根据使用轴承比计算额定动载荷大的原理 确认608 628轴承都符合其额定动载荷要求 再根据经济性 选用608轴承 三 电机轴承选型举例 3 3 吸尘器电机轴承精度选择 该电机轴承转速高 因此 必须选用P5级精度要求 3 4 吸尘器电机轴系配合的选择 由于轴承是标准件 精度等级确定后 其内径尺寸 外径尺寸也相应确定 因此 只须确定电机轴和端盖的公差 该吸尘器电机是内圈旋转 因此 内圈采用过盈配合 外圈和端盖采用间隙配合 由于吸尘器电机轴承受到的力不大 因此 根据前表可知 可采用k5的公差 查表可知 其公差范围是 8 0 007 0 001 电机端盖的公差采用H6 22 0 013 0 三 电机轴承选型举例 3 5 吸尘器电机径向游隙的选择 从上面的计算表中可以看出 游隙的减小量0 001 0 008 因此必须选用MC4 8 13um 但再考虑到其转速很高 经详细的计算或软件计算 高转速下钢球和内圈的温度比外圈要高5 10度 游隙的减少量达到5个um 因此 则必须选用MC5的游隙 13 20um 三 电机轴承选型举例 3 5 吸尘器电机保持器的选择 吸尘器电机轴承的使用温度在100度以内 同时其转速很高 根据这2个特性 因此 须选用尼龙保持