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軸承選型計算|臥式電機受力分析
2023-03-141 基本知識
電機的軸承選型及設(shè)計過程中,需要考慮受設(shè)計工況、運行環(huán)境和制造精度的影響。一般情況下,電機軸承的主要受力包括:1.電機轉(zhuǎn)子的自重(包括軸系中聯(lián)軸器和滑環(huán)重量);2.電機運行中的單邊磁拉力;3.電機運行中的振動載荷;4.電機轉(zhuǎn)子不平衡引起不平衡力;5.其他外加載荷。因此,要準確的選型一組電機軸承,首先需要對其受力進行了解和分析。
2 受力簡圖及說明
G1:轉(zhuǎn)子重量,kg
G2:滑環(huán)重量,kg
Fm:單邊磁拉力,kN
Fva:軸向振動沖擊載荷,kN
Fvh:水平振動沖擊載荷,kN
Fvv:垂直振動載荷,kN
G6.3:轉(zhuǎn)子不平衡精度等級,mm/s
Fa:外部軸向載荷,kN
Fr:外部徑向載荷(如聯(lián)軸器重量等),kN
Fs:彈簧預(yù)緊力,kN
D:轉(zhuǎn)子長度,mm
L1、L2:轉(zhuǎn)子重力、不平衡力、徑向激振力與驅(qū)動端軸承、非驅(qū)動端軸承的距離,mm
X:轉(zhuǎn)子單邊磁拉力與轉(zhuǎn)子重心間的距離,mm
B:外部載荷與軸承間的距離,mm
E:滑環(huán)與軸承間的距離,mm
3 軸承受力計算
電機中滾動軸承,按照所承受載荷的方向不同,分為軸向載荷和徑向載荷。因臥式電機本身的結(jié)構(gòu)決定,軸承所受軸向載荷均比較單一,主要包括外部軸向載荷、軸向振力以及彈簧預(yù)緊力。在本文中,外部載荷、軸向振動力由固定端軸承承受,彈簧預(yù)緊力由浮動端軸承承受,即:
臥式電機所承受的徑向載荷相對復(fù)雜,根據(jù)力的位置和方向不同,對電機軸承的影響不同。因此,電機軸承所承受的徑向載荷是其重力、單邊磁拉力、振動沖擊力、不平衡力以及外部載荷的總和,即:
在計算軸承受力之前,先對軸系中的徑向力進行分類。轉(zhuǎn)子、滑環(huán)、聯(lián)軸器等自重力,大小和方向均為恒定。因此,其對軸承產(chǎn)生的作用力也是恒定的,即:
單邊磁拉力的計算較為復(fù)雜,在通常情況下,該值由電機設(shè)計廠家提供。按照美國西屋公司單邊磁拉力的簡化算法,其值Fm表述為:
將電機的單邊磁拉力作用在臥式電機的兩個軸承上,其大小和方向均為變化的。在此,我們只考慮單邊磁拉力Z大的情況,即:
振動負荷對臥式電機的影響可由牛頓第二定律進行計算。需要指出的是,實際的振動負荷是瞬態(tài)的,并同時作用在各個方向上,其核算方法也非常復(fù)雜。為簡化計算,本文遵從ISO10816的定義,取軸向、水平和垂直三個方向的Z大值,即
(M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量,kg;a為振動加速度,)。則有:
轉(zhuǎn)子不平衡力由客戶給定的轉(zhuǎn)子不平衡精度計算得出,在不同的轉(zhuǎn)速下,其對應(yīng)產(chǎn)生的不平衡力是不同的。本文采用許用不平衡度的計算方法取值Z大的不平衡力,即:
將轉(zhuǎn)子的不平衡力作用在臥式電機的兩個軸承上,其方向隨不平衡量位置的變化而變化,即:
其他外來載荷,本篇不再贅述。在計算中,根據(jù)實際情況進行分解。
電機軸承承載的以上所有負荷中,只有轉(zhuǎn)子或部件的自重力為恒力。其他如單邊磁拉力、振動沖擊?、不平衡力均為動態(tài)甚至瞬態(tài)力。因此,在綜合計算軸承所承載的負荷時,一般先進行Z大負荷的計算。當所有動態(tài)力作用在同一方向,且與所有恒力的合力也在同一方向時,軸承所受的負荷Z大,即:
在實際的工況中,所有動態(tài)力幾乎不可能同時滿足Z大且在同一方向的條件。如果按照Z大徑向負荷作為選擇軸承的輸入載荷,將極可能出現(xiàn)Z小負荷不足的問題。因此,為平衡軸承壽命和Z小負荷的影響,根據(jù)公司技術(shù)團隊的應(yīng)用經(jīng)驗,在軸承壽命計算時,所受徑向力按軸承所承受恒力和單邊磁拉力的100%外加其他瞬態(tài)力的33.3%進行計算,并按軸承理論所受Z大負荷的100%計算軸承的靜安全系數(shù)。即:
(來源:湖南崇德科技股份有限公司)