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两柱一球结构的电机轴承配置

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发表于 2020-6-24 07:48:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
先来看一个例子:有一台铁路牵引电机,电机轴承系统配置如下图所示:

202006232311035011.png
从图中不难看出,电机轴系统整体采用了一柱一球的轴承结构。轴伸端使用的是深沟球轴承作为固定端轴承,非轴伸端使用的是一个圆柱滚子轴承作为浮动端轴承。

我们来评估一下这个轴承配置是否恰当。

首先,我们假设电机轴伸端没有外界径向负荷。那么两个轴承的受力大致如下图所示:
202006232319155189.png
此时电机轴承系统中两个轴承承受的径向负荷就是电机转子的重力,并且一般电机的重心位置会比较接近两个轴承的中点位置。因此可以大致的估计两个轴承的负荷大小相近。

另一种情况是电机轴伸端有径向负荷,受力如下图所示:
202006232320424790.png
图中可以看到,轴伸端受到一个外界的径向负荷,此时即便不用计算,仅仅从跷跷板原理就可以估计,轴伸端轴承的受力比非轴伸端轴承大。

如果考虑轴向负荷的情况,如果轴系统受到了轴向力,定位端轴承会承受这个轴向力,而浮动端轴承不会承受这个轴向力。这个电机轴承布置中,定位端在轴伸端,因此如果有轴向力,也是轴伸端轴承承受轴向力,与非轴伸端没有关系。

通过上面分析不难得到结论,不论电机的轴伸端是否有径向负荷,不论轴伸端是否有轴向负荷,这台电机的轴伸端轴承的受力都会大于等于非轴伸端。

再来看电机轴承的实际选型,轴伸端选择了深沟球轴承,而非轴伸端选择了圆柱滚子轴承。而总体上说,圆柱滚子轴承的径向承载能力大于深沟球轴承(相同内径尺寸的轴承进行对比)。

因此,可以看出,这个配置中,将负荷能力大的圆柱滚子轴承翻到了负荷较轻的一端,而负荷较重的一端使用的是负荷能力相对弱的深沟球轴承。所以这样的配置是不恰当的。

通过这个案例,我们可以知道,对于一柱一球的结构,通常是因为电机有一个支撑端受到的径向负荷已经没办法通过使用深沟球轴承得到满足,因此使用圆柱滚子轴承承载。圆柱滚子轴承内部滚动体和滚道之间的接触是线接触,接触面积大,承载能力强,因此可以承担这个负荷。

实际工况中,一般如果电机轴伸端连接皮带轮等大径向负荷的负载的时候,轴伸端会采用圆柱滚子轴承作为浮动端轴承,而非轴伸端使用深沟球轴承作为定位端轴承的结构布置方式。对于轴伸端负荷并不重的情况,通常会使用两个深沟球轴承的结构布置方式。

不论如何,对于非驱动端,在负荷不重的时候一般不使用圆柱滚子轴承。一旦这样使用,圆柱滚子轴承反倒更容易出现震动、噪声、发热等提早的失效。

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