軸承選型計(jì)算|臥式電機(jī)受力分析

1　基本知識(shí)

電機(jī)的軸承選型及設(shè)計(jì)過程中，需要考慮受設(shè)計(jì)工況、運(yùn)行環(huán)境和制造精度的影響。一般情況下，電機(jī)軸承的主要受力包括：1.電機(jī)轉(zhuǎn)子的自重（包括軸系中聯(lián)軸器和滑環(huán)重量）；2.電機(jī)運(yùn)行中的單邊磁拉力；3.電機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)載荷；4.電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引起不平衡力；5.其他外加載荷。因此，要準(zhǔn)確的選型一組電機(jī)軸承，首先需要對(duì)其受力進(jìn)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(dòng)沖擊載荷，kN

Fvh：水平振動(dòng)沖擊載荷，kN

Fvv：垂直振動(dòng)載荷，kN

G6.3：轉(zhuǎn)子不平衡精度等級(jí)，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(dòng)端軸承、非驅(qū)動(dòng)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(jì)算

電機(jī)中滾動(dòng)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(jī)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(dòng)力由固定端軸承承受，彈簧預(yù)緊力由浮動(dòng)端軸承承受，即：

臥式電機(jī)所承受的徑向載荷相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)力的位置和方向不同，對(duì)電機(jī)軸承的影響不同。因此，電機(jī)軸承所承受的徑向載荷是其重力、單邊磁拉力、振動(dòng)沖擊力、不平衡力以及外部載荷的總和，即：

在計(jì)算軸承受力之前，先對(duì)軸系中的徑向力進(jìn)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(duì)軸承產(chǎn)生的作用力也是恒定的，即：

單邊磁拉力的計(jì)算較為復(fù)雜，在通常情況下，該值由電機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的單邊磁拉力作用在臥式電機(jī)的兩個(gè)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(dòng)負(fù)荷對(duì)臥式電機(jī)的影響可由牛頓第二定律進(jìn)行計(jì)算。需要指出的是，實(shí)際的振動(dòng)負(fù)荷是瞬態(tài)的，并同時(shí)作用在各個(gè)方向上，其核算方法也非常復(fù)雜。為簡化計(jì)算，本文遵從ISO10816的定義，取軸向、水平和垂直三個(gè)方向的Z大值，即

（M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg；a為振動(dòng)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(jì)算得出，在不同的轉(zhuǎn)速下，其對(duì)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(jì)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(jī)的兩個(gè)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(jì)算中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分解。

電機(jī)軸承承載的以上所有負(fù)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(dòng)沖擊?、不平衡力均為動(dòng)態(tài)甚至瞬態(tài)力。因此，在綜合計(jì)算軸承所承載的負(fù)荷時(shí)，一般先進(jìn)行Z大負(fù)荷的計(jì)算。當(dāng)所有動(dòng)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(shí)，軸承所受的負(fù)荷Z大，即：

在實(shí)際的工況中，所有動(dòng)態(tài)力幾乎不可能同時(shí)滿足Z大且在同一方向的條件。如果按照Z大徑向負(fù)荷作為選擇軸承的輸入載荷，將極可能出現(xiàn)Z小負(fù)荷不足的問題。因此，為平衡軸承壽命和Z小負(fù)荷的影響，根據(jù)公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在軸承壽命計(jì)算時(shí)，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(jìn)行計(jì)算，并按軸承理論所受Z大負(fù)荷的100%計(jì)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）