工业电机滚动轴承的安装及使用.docx

工业电机滚动轴承的安装及使用王勇(斯凯孚 (中国 )销售有限公司 ,上海20 0001 )摘 要 : 轴承有自己的生命周期 ,一般 ,轴承的生命周期包括选型 、安装 、润滑 、运行 、失效 、拆卸等几个部分 。在轴承的生命周期中 ,每一个环节都直接决定了工业电机运行周期中轴承的运行表现 ,这些环节彼此影 响 ,使轴承问题在电机中显得十分复杂 。同时 ,对轴承的安装问题进行了相应的介绍 。关键词 : 轴承 ; 安装 ; 工业电机中图分类号 : tk263. 6 + 4 文献标识码 : a 文章编号 : 1673 26540 ( 2010 ) 0120056 205in sta lla t ion an d u sa ge of bea r in g in in du str ia l m o torw an g yong( skf ( ch ina) co. , l td. , shangha i 200001 , ch ina)a b stra c t: b ea ring is exp e rienc ing its own lifecyc le in indu stria l mo to r from the de sign p e riod to the mo to r fa il2 u re. no rm a lly, bea ring life cyc le wa s compo sed by the p ha se of bea ring se lec tion, moun ting, lub rica tion, runn ing, fa ilu re and d ismoun ting. tho se p ha se s of the bea ring lifecyc le w ill influence the bea ring p e rfo rm ance in the lifecyc le of the mo to r itse lf and influence each o the r a s we ll. the refo re, bea ring p rob lem seem s comp lica ted in the mo to r, and the re st impo rtan t a sp ec t of bea ring moun ting w ill be d iscu ssed.key word s: bea r in g; in sta lla t ion; in du str ia l m o tor0 引言1 轴承安装前的准备工作通常而言 ,工业电机的轴承安装是在电机的 定子 、转子都分别完成安装之后进行的 。由于轴 承属于精度比较高的机械元件 ,因此在安装轴承 之前 ,要对轴承安装的环境进行相应处理 ,以确保 安装 后 的 效 果 。这 种 环 境 要 求 包 括 两 个 方 面 : ( 1 ) 硬环境 , 即与轴 承 直接 相关 零 部件 的情 况 ;( 2 ) 软环境 ,轴承安装的工作环境 。1. 1 硬环境电机制造厂对已经加工好的零件通常会进行 质量检验 ,以避免其加工瑕疵流入到下一个环节 。对于轴 ,机加工完成之后 ,工人会根据质量要求检 验加工尺寸 ,以保证符合图纸要求 。当电机装配 到达了轴承装配环节时 ,其实已经进入了总装配 。为了保证总装配的顺利进行 ,应该在进行装配之 前对被装配的各个零部件进行最后的检查 。这样 可以避免由于前道工序带来的瑕疵而导致的总装 配成品的质量问题 。很多电机厂在电机装配完毕 后才发现轴承振动 、噪声等问题 ,等检验时却发现电机设计及使用过程中 ,对轴承的考虑是一个已经被广泛关注的问题 。但是每一个正确的设 计选型 ,都是以正确的安装为前提的 。在电机装配 过 程中 对轴 承 不 正 确 的 处 理 方 法 ,会对轴承造成初始伤害 ,从而导致电机运行过 程中轴承的提前失效 。因此 ,大力提高轴承安装的可靠性不仅可 以在 很 大程 度上 减 少轴 承的 失 效 ,同时可以为问题轴承的失效分析排除一部分 非常难于判断的原因 ,为电机轴承的稳定运行提 供最初始的保证 。当电机已经设计完成时 ,轴承 的选型已被确定 ,轴承室的机械结构也已经设计 完成 。而后续的工作就是如何按照正确的方法 ,将轴承安装到设计要求的位置当中 。同时 ,在这 个过程中最重要的就是不要对轴承造成损伤 ,为 轴承今后的运行提供一个良好的环境 。下面 ,根据电机中轴承安装的顺序分别介绍 各个环节中的具体问题及注意事项 。 56 2010, 37 ( 1 )应用 em c a安装之后 ,尽快添加润滑脂 (若加热轴承 ,必须等轴承适度冷却之后 ) , 用润滑脂将轴承与环 境分 隔开 ,避免污染 。有时为了清洁 ,生产人员会用现场的高压气 体对即将安装的轴承端盖进行清理 。其目的是良 好的 ,但是清洁时必须远离轴承 ,以免将附着在其 他零部件上的污染颗粒 、铁屑等直接吹到轴承上 。是前道工序中某个零部件超差所致 。这样一来就浪费了装配工序中工人的劳动 。 对于与轴承直接相关的零部件的检验主要包括轴 、轴承室检查 。这种检查不仅包括对尺寸公 差的检查 ,同时也包括对形位公差的检查 。因为 形位公差与尺寸公差一样 ,会对装配后的轴承运 行状况产生直接影响 。针对某些场合形位公差难于测量的情况 ,可以采用下述方法进行相应的检查 (见图 1 ) 。在同 一个轴 (或者孔 )中截取两至三个平面 ,在每一个 平面上分别测量三个位置的尺寸 , 并记录在图 1 所示的表格中 ,从而得到形位公差的参考测量值 。 测量完成后对比图纸要求 ,判定合格与否 ,再进行 后续装配 。2 工业电机中轴承的安装方式上文提到轴承装配要在洁净的环境中进行 , 这一点至关重要 ,但是这并不是保持轴承洁净运 行的全部工作 。除了环境清洁以外 ,在轴承安装 的全过程中 ,都应该保证避免轴承受到外界环境 的污染 。一般工业电机轴承的安装根据轴承的类型及 轴承的大小不同 ,采取的方式也不同 。按照安装方式的不同 ,大致分为冷安装和热安装两种 。2. 1 工业电机轴承的冷安装对于内径小于 100 mm 的轴 承 , 可 以采 取冷 安装 。对于电机厂家而言 ,多数符合上述条件的 深沟球轴承 、圆柱滚子轴承的内圈 、角接触球轴承等均可采用冷安装的方式进行 。这种安装方式具 有方便 、简单的特点 ,是使用广泛的轴承安装方法 之一 。对于一般的内转式电机而言 ,通常轴承内圈 与轴之间紧配合 ,轴承室与轴承外圈是过渡配合 。因此 ,冷安装主要的安装面就是轴与轴承内圈的 安装面 。在轴与轴承内圈的安装面上 ,由于配合较紧 , 需要有一定的压力将轴承安装到轴上 。这个力量 有时会大于轴承的额定静负荷 ,如果安装时是通过冲击施力 ,那么这样的冲击负荷就非常有可能 对轴承造成损伤 。要避免这种伤害 ,就需要使安 装力避开轴承滚道和滚动体 ,也就是将安装力施 加在轴承圈上 ,靠轴承圈承受安装力 。方式如图2所示 。对于小轴承的冷安装 ,由于安装力不大 ,可以 直接人工安装 。如果轴承较大 ,安装力大 ,则可以 使用压床进行安装 。但是无论何种方式 ,都需要图 1轴 (轴承室 )形位公差的测量1. 2 软环境文献 5 中介绍到轴承正常工作时对工作环 境的洁净度要求很高 。当轴承正常运行时 ,滚动 体和 滚 道 之 间 的 接 触 点 面 积 非 常 小 , 压 强 很 大( 10 000 40 000 ba r) ,而这里的润滑膜厚度仅有0. 11 m。这样一来 , 一点点的污染颗粒都有 可能刺穿润滑膜 ,并且在巨大的压强下对轴承滚 道或滚动体的表面造成伤害 。因此轴承厂家在对 轴承进行生产时 ,都对厂房内工作环境的要求非常之高 。以小型深沟球轴承为例 ,在 skf 的生产 线中 ,轴承从装配到出厂的过程中要对其进行数 道清洗 ,以确保轴承本身的洁净 。对于电机中轴承的装配而言 ,保持环境及相 关零部件的清洁也相当重要 。因此 ,建议在轴承装配之前再将其包装打开 ,以避免过早暴露于环 境之中 ,减小外界污染轴承的可能性 。同时轴承 57 应用 em c a2010, 37 ( 1 )保证安装力不通过轴承滚动体和滚道 。方法是不准确的 ,因为即使加热功率一定 ,外界环境的影响仍然是变化的 (例如季节变化 , 轴 承大 小不同等 ) 。在轴承加热完成后 ,工作人员需要将轴承安 装到轴上 。这里需要引起注意的是 ,当把轴承推 入到指定位置后 ,工作人员不应立即放开 ,而应该 继续施加一些推力 ,直到轴承冷却固定在轴上为 止 。这样可避免由于轴承的冷缩而带来的轴承安装不到位问题 。同时在安装过程中 ,隔热手套必须保持清洁 。 如果使用棉质手套 ,也应该尽量避免手套的棉纤 维掉入轴承内部 。对于一些大型轴承 ,电磁加热器已经不能满足其加热条件 。因此需要使用油浴加热的办法 。 油浴加热时必须保证使用的介质是清洁的 ,避免 在加热过程中污染轴承 。同时 ,油浴加热时 ,不应 将轴承直接放置到加热容器内 。因为如果这样 , 轴承与容器底部直接接触 ,而如果容器是从底部加热的话 ,那么热量会从容器直接传导到轴承上 ,而达不到油浴加热的效果 。油浴加热时 ,建议将轴承平放入油浴 ,这样可 以使轴承整圈得到均匀加热 。如果将轴承立式放 入油浴 ,那么由于油浴加热容器内部介质上下部分的温度差 ,有可能造成轴承沿轴承圈周向加热 不均匀 ,而导致轴承圆度发生变化 。这种变化将 有可能为后续安装带来麻烦 。除了以上两种加热安装的方式以外 ,现场还 有其他的方式对轴承进行加热 ,或者冷却 ,但是其利弊各异 ,需要进行选择 。( 1 ) 火焰直接加热 :这种方法十分直接 ,有时 会用乙炔氧气火焰直接加热轴承 。但是 ,这种加 热方式可能使被加热部分的温度过高 ,从而破坏 轴承内部的金属组织结构 ,会给轴承将来的运行埋下巨大隐患 。这样的加热方法也难以保证轴承 圈的均匀加热 ,因此不建议使用这种方法对轴承 进行加热安装 。( 2 ) 烘箱加热 : 很多工厂使用烘箱对轴承进 行加热 。这种方法虽然简便易行 ,但是最大的问题是难以控制加热的准确温度 。同时 ,将整个轴 承进行加热 ,有可能导致轴承防锈剂的碳化 。如 果后续安装不清理干净 ,有可能造成润滑介质的 污染 。图 2 轴承的冷安装2. 2 工业电机轴承的热安装对于一些较大的轴承 ,使用冷压的方式会比 较难以安装 ,此时需要使用热安装的方式 。轴承 的热安装是利用热胀冷缩的原理 ,对轴承进行加 热 ,使之膨胀 ,尺寸变大以便于安装 。工厂里对轴承的加热可以有很多种方式 ,如电磁加热 、油浴加热等 。这些方法各有适用之处 ,也各有需要注意的地方 。 电磁加热是一种比较安全的加热方法 。它主要是利用变压器原理 , 对轴承内圈进行加热 (见 图 3 ) 。这种加热方法的缺点是容易使轴承内圈被磁化 。一旦轴承内圈被磁化 ,由于剩磁的作用 , 轴承内就会吸附周围的尘埃 、铁屑 。这些被吸附 的污染颗粒有可能造成轴承的提早失效 。因此 , 在电磁加热结束后 ,要对轴承进行去磁处理 ,以消 除轴承剩磁 。建议电机制造厂家使用带有去磁功能的电磁加热器 ,以防止轴承剩磁 。图 3 电磁加热器原理另外 ,使用电磁加热器对轴承进行加热 ,需要严格控制轴承的温度 。一般 ,被加热轴承圈的加 热温度不应高于 110 。对于密封式轴承 ,其加 热温度不应高于 80 。检测轴承加热应该直接 监控温度值 ,靠控制加热时间来估计加热温度的 58 2010, 37 ( 1 )应用 em c a( 3 ) 液氮或干冰冷却 :有的工厂使用液氮 、干冰等冷却介质对轴进行冷却 ,以便于安装 。这种 方法要注意避免安装后由于工件温度较低而带来的轴承表面结雾现象 。3 工业电机轴承安装的其他注意事 项及安装后的检查3. 1 圆柱滚子轴承安装的注意事项电机中常用的圆柱滚子轴承主要有 nu 型和 n 型两种 , nu 型圆柱滚子轴承滚动体和外圈是一 体式的 ,内圈为单独部件 , 这与 n 型圆柱滚子轴 承正好相 反 。这 也使 得 它们 的安 装 方式 各不 相 同 。对于工业电机而言 ,建议尽量采用 nu 系列的圆柱滚子轴承 。这是因为 : ( 1 ) 从加热的角度 来说 , nu 型圆柱滚子轴承只需加热内圈 ,相对 n 型圆柱滚轴承而言加热能量小 ; ( 2 ) 在加热后 ,对 于 nu 型圆柱滚子轴承而言 ,工作人员只需将已 经加热过的内圈装于轴上 ,一旦有滚道表面的污染 ,非常方便清理 。而对于 n 型圆柱滚子轴承而 言 ,如果工人拿起与滚动体连带的内圈进行安装 , 那么一旦在滚动体部分有污染 , 就会很难清理 。 因此从工艺性和安装可靠性上来说 ,一般的工业 电机更适合选择 nu 型的圆柱滚子轴承 。另外 ,不论选择 n 型还是 nu 型圆柱滚子轴 承 ,在热安装内圈之后 ,外圈都会被装配到电机端 盖内部进行后续安装 。此时需要注意 ,端盖连同 轴承外圈放在轴承内圈上之后 ,应该慢慢旋入 ,而 不是直接推入 。这样可以避免在滚道上造成内圈的拉伤 。同时为了避免圆柱滚子边缘在内圈滚道 上造成压伤 , 建议制作导入套 , 以提高安装可靠 性 ,如图 4 所示 。承适应不对中的能力都十分有限 。对于深沟球轴承而言 ,最多可以承受 210弧分的不对中 ,而对 于圆柱滚子轴承最多可以承受 3 4 弧分的不对中 。因此 ,对于大型电机的轴承 ,建议在安装完毕 后对圆柱滚子轴承进行检查其不对中情况 。具体检查方法如图 5 所示 ,将一个千分表固 定于轴承内圈和轴上 , 旋转轴 180 , 记 录千 分表 读数 dx 。图 5 圆柱滚子轴承对中检查按照式 ( 1 )进行计算 : = 3 438 dx /d式中 :不对中角度 ,弧分 ; dx 最大偏差值 , mm; d 轴承外径 , mm。3. 3 电机空载试验时的轴承检查( 1 )电机组装完成之后要进行空载测试 。试验的目的主要是测试电机在空载情况下的运行参数 。 电机空载试验的空载指的是电机本身在不带负载 转矩时的运行 。此时轴承的受力不是空载 (承受 转子重力 ) , 也不一定是电机运行稳定时的 轴承 负荷 (电机实际可能带皮带轮 ) 。其中的具体情 况可以参考文献 4 中关于轴承负荷的讨论 。轴承对于电机设计工况为有外界负荷的情况 而言 ,有可能处于很轻负荷的情况 。如果这个轻 负荷小于轴承自身运转所需要的最小负荷 ,那么 有可能出现噪声等问题 。因此需要对轴承进行加 载测试 。为了不影响电机空载试验 ,就需要用一 种方法只增加轴伸的径向轴向负荷 ,而不增加其 转矩负荷 。对于小电机 ,可以采取图 6 所示的方 式进行加载 。对于大一些的电机 ,可以采用两台电机对拖 的方式 ,让一台电机测试 ,另一台电机不通电 ,仅 作为轴承加载使用 。这种测试可能带来的误差就 是由被测电机再起动和停车时要驱动两个转子而 59 图 4 圆柱滚子轴承的安装3. 2 同心度检查工业电机中使用的深沟球轴承及圆柱滚子轴应用 em c a2010, 37 ( 1 )引起的 。对于中 、大型电机 ,很多情况下转子自身重量已经足以达到最小负荷 ,因此这种对拖的方 式并不常用 。直接影响电机轴承最后运行的效果 。本文仅就组装中的一些问题做了相应讨论 ,并未涉及组装过 程中的润滑及组装后的电机运输等 ,事实上 ,各个方面之间是相互联系 ,甚至融为一体的 。因此 ,在 电机轴承使用安装时要综合考虑各方面因素 ,以 提高整体组装的可靠性 。【参 考 文 献 】 1 2 skf (中国 )有限公司 . skf综合型录 g . 2008.王勇 . 工业电机中的滚动轴承噪声 j . 电机与控 制应用 , 2008 ( 6) : 38 241.zika thom a s, b u schbeck f rank, p re isinge r ge rw in, 等 . 风力发电机中轴承的过电流问题 j . 电机与 控制应用 , 2008 ( 9 ) : 15 219.王勇 . 滚动轴 承 寿 命 计 算 j . 电 机 与 控 制 应 用 ,2009 ( 7 ) : 14218.王勇 . 工业电机滚动轴承油脂 润滑方案设