楊勇　李會智

（洛陽LYC軸承有限公司）

摘　要：本文從理論分析入手并結(jié)合實際生產(chǎn)狀況，對防爆電機運行時軸承溫度異常的因素進行匯總；并針對影響軸承配合重要部位的主要因素，從質(zhì)量控制和工藝方法上提出了具體的解決方案及改進措施。

關鍵詞：防爆電機；軸承；溫高；質(zhì)量控制；措施

0　引言

防爆電機廣泛應用于煤礦、石化等爆炸危險場所。中小型防爆電機的軸承結(jié)構(gòu)多采用滾動軸承在電機的生產(chǎn)制造、使用維護的過程中，因設計、制造質(zhì)量波動造成的軸承溫度高、抱軸等問題時有發(fā)生，嚴重的還會引起軸承落架、電機掃膛、繞組燒毀等嚴重事故。

1　軸承溫度高的原因分析

引起軸承溫度異常的發(fā)熱和散熱可從兩個方面來分析：從軸承部位發(fā)熱方面看，電機軸承溫度高的直接原因是軸承高速旋轉(zhuǎn)時因軸承工作游隙不合適造成熱量多、散失不暢；間接原因包括潤滑脂選用及加入量不合適、電機溫升異常、轉(zhuǎn)子溫度高、軸承自身的質(zhì)量問題等；對防爆電機特別是隔爆型電機來說，還包括因隔爆結(jié)構(gòu)設計需要帶來的對加工精度的高要求，如零部件加工誤差積累則會造成隔爆曲路相關零部件磨擦發(fā)熱傳導給軸承，嚴重時電機抱軸。從散熱方面看，主要包括軸承通風散熱、電機風路設計等。以下就主要的影響因素作一詳細介紹。

2　解決軸承溫度高的措施

2.1 軸承有效游隙的控制

滾動軸承的游隙，是涉及諸多特性的關鍵指標之一。軸承內(nèi)外圈相對位移量就是軸承游隙，徑向位移量稱為徑向游隙，軸向位移量稱為軸向游隙。游隙的大小直接影響軸承的性能，如影響軸承壽命、軸的振動或聲音以及滾動體是否正常運動等；另一方面，軸承通常采用內(nèi)圈或外圈帶過盈量安裝，但過盈量會引起內(nèi)外圈脹縮，造成游隙變化。而且軸承在運行中會達到一定的飽和溫度，但此時內(nèi)外圈與滾動體的溫度并不相同，于是產(chǎn)生了溫差，這一溫差又導致了游隙的變化。加之軸承在承受一定載荷進行旋轉(zhuǎn)時，由于載荷的作用，軸承的內(nèi)外圈及滾動體還會發(fā)生彈性變形，也會引起游隙的變化。為說明這一問題，需對游隙的幾種狀態(tài)變化概念進行定義。軸承的裝配過程如圖1所示。

測量游隙△0：給軸承施加一定測量載荷后測出的游隙，是軸承的固有屬性。

安裝游隙△f：軸承安裝于軸和端蓋后剩余的游隙，△f＝△0－(δfe＋δfi)。

有效游隙△：軸承裝進設備并以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)達到一定的溫度后的軸承游隙，即軸承正常工作時的游隙，△＝△f－δt。

圖1 軸承裝配過程示意圖

對軸承來說，Z重要的徑向游隙是有效游隙△，該值在理論上略呈負值時通常壽命Z大。但負游隙過大，造成配合過緊、發(fā)熱嚴重而使軸承壽命驟然縮短。因此，須將有效游隙的Z小值控制在這一數(shù)值之上。根據(jù)以上理論分析，影響軸承有效游隙的主要因素有軸承的理論游隙△0(通?？筛鶕?jù)相關資料獲得)、因內(nèi)外圈配合造成的游隙變化δf、因內(nèi)外圈溫差造成的游隙變化量δt。軸承的理論游隙與軸承的選型有關，因軸承內(nèi)外圈的配合引起的有效游隙變化在理論上可以通過計算獲得，在此不再展開敘述。在實際生產(chǎn)過程中，嚴格控制與軸承內(nèi)外圈配合部位的尺寸精度，即控制端蓋軸承室及轉(zhuǎn)子軸承臺的加工精度，成為保證軸承有效游隙的關鍵。

2.1.1 軸承的選型、游隙、配合選擇

2.1.1.1 軸承的選型

軸承選型時需要考慮的因素包括受力情況、壽命、工作轉(zhuǎn)速等；軸承承受的載荷按照載荷大小可分為輕載荷、常規(guī)載荷、重載荷；按照載荷的時間性變化可分為靜載荷、變載荷、沖擊載荷；按照載荷的方向分為旋轉(zhuǎn)載荷、靜止載荷或變向載荷。旋轉(zhuǎn)載荷、靜止載荷或變向載荷不是軸承承受的載荷本身的性質(zhì)，而是相對一個個軸承套圈觀察到的載荷性質(zhì)。

2.1.1.2 配合選擇

在決定內(nèi)外圈的配合時，先要看其屬于旋轉(zhuǎn)載荷還是靜止載荷，而后判斷采用過盈配合還是間隙配合。承受旋轉(zhuǎn)載荷的內(nèi)圈，原則上要求采用過盈配合，如果出現(xiàn)了間隙配合，內(nèi)圈就會在軸承臺的配合面發(fā)生打滑，在載荷較大時，就會損傷配合面或造成微動磨損。配合的松緊應考慮即使在承受載荷、運行中內(nèi)圈與軸存在溫差或者外圈與軸承座存在溫差的情況下，也能保證過盈量。

軸承的?作轉(zhuǎn)速必須低于滾動軸承的允許轉(zhuǎn)速。據(jù)軸承負載、工作轉(zhuǎn)速等因素計算軸承壽命，軸承的計算壽命應達4萬h以上；核算軸承的Z小負荷，保證軸承的正常工作。

2.1.1.3 游隙的選擇

游隙是軸承的固有屬性，軸承一旦制成，則其值確定可以通過測量得到，游隙的大小與制造廠的工藝水平、質(zhì)量保證能力有關，在電機批量的裝配過程中，同一規(guī)格、型號的軸承游隙差別較大。實際生產(chǎn)過程中，對SKF6324/C3絕緣軸承測量，其實際徑向游隙范圍在0.05～0.08mm之間，裝配后對軸承的有效游隙影響較大。如果電機軸承溫度異常，必要時需挑選大游隙C3組軸承。

2.1.2 端蓋軸承室的影響因素及工藝改進

端蓋軸承室是影響電機軸承正常運行狀態(tài)的關鍵部位，它的基本尺寸、圓柱度、粗糙度，與電機的機械性能(機械耗、噪聲、軸承溫度)有直接關系。通常采用常規(guī)的車削加工方法，因裝夾力的影響、設備精度等因素，精車后內(nèi)圓粗糙度僅能達，圓柱度公差保證圖紙相當吃力。因操作者加工習慣問題，軸承室總往下差加工；加上鑄件內(nèi)應力及裝夾應力的影響，端蓋軸承室加工后應力釋放變形，造成軸承室尺寸變小。按照隔爆型電機要求，必須對殼體零部件進行水壓試驗，不當?shù)膲壕o方式、試驗后工件內(nèi)應力釋放造成的局部變形，也會造成軸承室尺寸變化。

為可靠的提高軸承室的加工精度和形位公差，可以推廣應用滾壓工藝。該工藝利用超高精度內(nèi)徑滾壓頭，在端蓋精車后對軸承室部位進行光整加工，可以顯著的提高尺寸精度和形狀精度，通常在搖臂鉆床或臥式車床上進行。在實際生產(chǎn)中，采用軸承室滾壓工藝后的端蓋軸承室尺寸公差值均滿足圖紙要求、消除了不良習慣對工件精度的影響，并且尺寸公差帶壓縮，尺寸穩(wěn)定性提高。軸承室圓柱度明顯提高，公差值進一步減小，滾壓后粗糙度均達到以上?？傊?，通過工藝改進，可以穩(wěn)定并提高軸承室加工質(zhì)量，效果良好。

2.1.3 轉(zhuǎn)子軸承臺的質(zhì)量控制

軸承的內(nèi)圈與軸承臺的配合通常為小過盈，按照有關標準為基軸制，當設計的軸承臺尺寸確定后，穩(wěn)定的控制轉(zhuǎn)子軸承臺的尺寸及形位公差成為保證裝配質(zhì)量的關鍵。轉(zhuǎn)子通常采用磨床加工，在工藝方法及設備方面容易保證軸承臺部位的尺寸及形位公差；利用質(zhì)量分析工具，表1列出了主要影響工序質(zhì)量穩(wěn)定的因素。

表1 影響工序質(zhì)量穩(wěn)定的因素

對照分析表，對一層因素中的設備、方法、工件、人員等，均可通過調(diào)整、檢查、更換來解決(見相應的解決方案)。但在測量方面，需要認真策劃。對測量過程進行不確定度評定，以確定在測量方面能否有效的滿足質(zhì)量要求，然后根據(jù)評定結(jié)果，對影響不確定度的因素進行分析，減少各分量值，以保證Z終的測量過程滿足工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的要求，必要時配備更高精度的測量設備、改進測量方法等。

2.2 潤滑脂的選擇及使用

對軸承工作的影響因素除了有效游隙，還有潤滑脂的選擇與加入量；潤滑脂的作用是在滾動體與滾道之間產(chǎn)生潤滑油膜，以減小滾動摩擦系數(shù)，進而減小摩擦損耗及軸承發(fā)熱，并可防止生銹、腐蝕等。軸承在高速旋轉(zhuǎn)時，由于軸承自身的滾動摩擦及潤滑劑的攪拌產(chǎn)生的熱量，使軸承溫度迅速升高。潤滑脂的選擇與加入量至關重要，同時還包括潤滑脂的使用與保養(yǎng)等。

2.2.1 潤滑脂的選擇方法

通常根據(jù)dn值，選擇滾動軸承潤滑材料。dn值＜300000～350000時用潤滑脂潤滑。

dn值＝軸承內(nèi)徑(mm)×轉(zhuǎn)速(r/min)(直徑大于65mm時)。

dn值＝軸承內(nèi)外徑平均值(mm)×轉(zhuǎn)速(r/min)(直徑小于65mm時)。

不同的軸承類型、結(jié)構(gòu)選用不同的潤滑脂種類：高速軸承選用基礎油粘度低、稠度大潤滑脂；高負荷時，選擇極壓潤滑脂；軸承中等負荷，則選擇耐磨潤滑脂；軸承保持架含銅等有色金屬，避免用含硫、磷添加劑的潤滑脂。

2.2.2 潤滑脂的注入量

1)軸承潤滑脂加入量的一般原則：普通軸承裝到內(nèi)腔全部空間的1/2～3/4。水平軸承填充：2/3～3/4；垂直安裝的軸承：1/2(上側(cè))，3/4(下側(cè))；在易污染環(huán)境、低速或中速，要全部填滿。

2)準確的計算參考如公式(1)：

估算填充量的公式：(不考慮軸承類型)

Q＝0.005×D×B或Q＝0.01×d×B 　(1)

Q—填充量，g

D—軸承外徑，mm

d—軸承內(nèi)徑，mm

B—軸承寬度，mm

3)可以利用定量注脂機定量控制加注量，能方便地控制注脂量；采用注脂機加油具有定量準確、速度快、加油脂均勻、改善勞動條件、潔凈等優(yōu)點。

2.2.3 潤滑脂使用過程中注意清潔，對不同牌號潤滑脂不能混合使用。

2.3 隔爆零部件因誤差累積產(chǎn)生相擦

對隔爆電機來說，軸貫通部位各零部件的配合間隙及長度必須符合GB3836.2-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分隔爆型“d”中的相關要求。以軸貫通的隔爆接合面為例分析(見圖2)，隔爆面長度為25mm、IIB類產(chǎn)品，此間隙理論Z大值為0.2mm；而在實際生產(chǎn)中影響此配合間隙的主要因素有：

1)定子兩端止口中心存在同軸度誤差。按照通常的四次車加工，精車坐胎工藝，此形位公差的保證值一般在φ0.1～0.15mm。

2)內(nèi)蓋加工時，止口與內(nèi)圓存在同軸度誤差，一般在0.05～0.1mm。

3)端蓋(軸承套)止口與軸承室存在同軸度誤差，此誤差較小，一般在0.01mm以下。

1.定子；2.轉(zhuǎn)子；3.端蓋；4.軸承；5.內(nèi)蓋

圖2 隔爆接合面

4)軸承徑向游隙，與軸承的規(guī)格、游隙系列有關，如6324/C3組，徑向游隙在0.05～0.08mm。

5)轉(zhuǎn)子兩端軸承臺存在同軸度誤差，此誤差較小，一般在0.01mm以下，項1～5的形位誤差累積范圍在φ0.22～0.35mm，再加上尺寸精度誤差，可能造成偏差超過隔爆間隙要求，引起零部件相擦。解決方案是：

1)改進機座加工工藝，精車時坐胎間隙不能大于0.05mm。

2)內(nèi)蓋加工時盡可能一次裝夾完成止口與內(nèi)圓加工，必要時采用坐胎車加工以減小形位誤差。

3)軸貫通部分的隔爆件采取壓縮公差帶方法，增大配合間隙。

2.4軸承本身質(zhì)量問題

在軸承制造、裝配、運輸過程中，可能會因多種因素造成軸承滾道剝離、卡傷、破損、壓痕、異常磨損、燒結(jié)、電蝕、銹腐蝕等；裝配過程中如用力不均或用戶使用不當，也可能會引起保持架發(fā)生變形，增加它與滾動體之間的摩擦，甚至使某些滾動體卡死不能滾動，有可能造成保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。解決此類問題的辦法是嚴格遵守軸承使用、保養(yǎng)要求，遵守工藝操作要求。

2.5 其它零部件發(fā)熱對軸承的影響

電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，過程中必然因各種損耗產(chǎn)生熱量，即通常關注的電機五大損耗。電機內(nèi)外風路將熱量散失一部分，其中部分熱量通過機殼、端蓋、轉(zhuǎn)軸等傳導給軸承，也會造成軸承溫度上升。此類問題需通過電磁優(yōu)化設計、加強過程控制、增大風壓、風量、增大散熱接觸面積等方法解決。電機溫升是電機性能的另一重要考核指標，在此不再詳述。

2.6 散熱方面

低壓中小型電機多采用自扇冷卻，變頻電機多采用強迫通風機，電機的結(jié)構(gòu)決定了風扇端軸承散熱效果好，電機軸伸端由于風扇較遠，特別是帶法蘭安裝電機，風更不易到達軸承部位，不利于通風散熱，因此軸伸端軸溫高現(xiàn)象較多。解決方案有加裝導流罩、更換大流量風扇等，如果結(jié)構(gòu)設計許可，也可采用水冷端蓋來增強軸承部位的傳導散熱，經(jīng)生產(chǎn)驗證有一定的效果。

3　結(jié)束語

從生產(chǎn)實踐來看，嚴格的控制軸承的有效游隙是解決軸承溫高的Z有效措施。從制造過程方面來說，須對影響軸承溫度的關鍵因素進行控制，主要包括端蓋軸承室的制造工藝方法改進、轉(zhuǎn)子軸承臺的質(zhì)量控制等，對其他的方面也需采取一定的措施改善，才能保證批量生產(chǎn)的防爆電機工作時軸承溫度穩(wěn)定，進而提高其運行穩(wěn)定性。采用先進的工藝技術及可靠的質(zhì)量控制手段，為產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定提供強有力的技術支持，是制造一流產(chǎn)品的基礎條件。

參考文獻

[1]GB3836.2-2000，爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備第2部分：隔爆型“d”[S].

[2]潘成林.實用中小型電機手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，2007.

來源：《電氣防爆》