電機(jī)常用軸承簡單介紹及討論

ABBGroupOct.12,2013|Slide1AndersonGuCNGTS,PGIECLVMotors,Oct.12,2013電機(jī)常用軸承的簡單介紹及討論

軸承的功用ABBGroupOct.12,2013|Slide2軸承的作用是支承軸及軸上零件，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。軸在工作時(shí)可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。軸承的基本要求ABBGroupOct.12,2013|Slide3軸承的分類根據(jù)軸承中摩擦的性質(zhì)分類：滑動軸承和滾動軸承滑動軸承：軸承與軸頸存在滑動摩擦，一般用于徑向力較大及轉(zhuǎn)速較低的工況；滾動軸承：軸承與軸頸存在滾動摩擦，一般中間存在滾動體；（目前電機(jī)主要使用滾動軸承）根據(jù)能承受載荷的方向分類：向心軸承、推力軸承和向心推力軸承。

(或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承）ABBGroupOct.12,2013|Slide4滾動軸承的組成

各零件的作用：外圈：支撐零件或軸系；保持架:支撐并分開滾動體內(nèi)圈：支撐軸；滾動體：滑動滾動；內(nèi)外圈及滾動體材料：高碳鉻軸承鋼；滲碳軸承鋼（抗沖擊性更強(qiáng)）等等；保持架材料：一般為低碳鋼，沖壓制成；有色金屬、塑料纖維或合成樹脂；

（M3BP355及M3BP400的2極電機(jī)標(biāo)配采用黃銅保持架）滾動軸承的組成：外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架。ABBGroupOct.12,2013|Slide5滾動軸承的壽命軸承壽命——在一定載荷作用下，軸承在滾動體或者內(nèi)外圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)或或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)，稱為軸承壽命。軸承額定壽命L10——同樣規(guī)格（型號、材料、工藝）的一批軸承，在同樣的工作條件下使用，90%的軸承不產(chǎn)生點(diǎn)蝕，所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)或小時(shí)數(shù)稱為軸承額定壽命；(單位：百萬轉(zhuǎn))L10h：軸承額定壽命L10所對應(yīng)的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)，（單位：h）；L10h=（106*L10）/（60*n）（n：電機(jī)轉(zhuǎn)速）ABBGroupOct.12,2013|Slide6滾動軸承的失效和原因滾動軸承的主要失效形式1）疲勞點(diǎn)蝕

——受循環(huán)、交變壓力的作用，表面金屬材料由塑性變形→微小裂紋→裂紋擴(kuò)展→表面金屬脫落（點(diǎn)蝕）。2）塑性變形

——外力作用下產(chǎn)生形變而在外力去除后不能恢復(fù)，常見于低速重載或沖擊載荷下。3）磨損

——磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損等等滾動軸承失效的主要原因1）制造加工精度不夠；2）裝配不當(dāng)，比如使用非正確裝配工具或者錯誤的裝配方法；3）使用不當(dāng)（受力過大），比如經(jīng)常性的過載等等；4）潤滑不當(dāng)，比如用超出溫度范圍的潤滑油或者潤滑油基選擇錯誤等等；5）疲勞（內(nèi)外圈、保持架的金屬疲勞等等）。ABBGroupOct.12,2013|Slide7軸承品牌瑞典SKF日本NSK德國FAG美國Timken日本NTN……瓦軸ZWZ哈爾濱軸承HRB洛陽軸承LYC……在FIMOT，有時(shí)候會選用FAG軸承（尤其-2Z軸承），但是絕大部分應(yīng)該還是選用SKF；在CNMOT，M2電機(jī)一般選用NSK軸承，M3電機(jī)則主要標(biāo)配SKF，相對而言，SKF的受力情況和使用壽命要優(yōu)于NSK；ABBGroupOct.12,2013|Slide8M3BP電機(jī)的標(biāo)配軸承M3BP標(biāo)配軸承型號(M3BP)FrameSizePolesD-EndN-End712-86303-2Z/C36202-2Z/C3802-86304-2Z/C36203-2Z/C3902-86305-2Z/C36204-2Z/C31002-86306-2Z/C36205-2Z/C31122-86306-2Z/C36205-2Z/C31322-86308-2Z/C36208-2Z/C31602-86309/C36209/C31802-86310/C36209/C32002-86312/C36210/C32252-86313/C36212/C32502-86315/C36213/C328026316/C36316/C34-1231526316/C36316/C34-126319/C335526316M/C36316M/C34-126322/C36316/C340026317M/C36317M/C34-126324/C36319/C345026317M/C36317M/C34-126326M/C36322/C3ABBGroupOct.12,2013|Slide9M3BP電機(jī)可選軸承類型及代碼可選軸承類型及變量代碼VariantCodeDescription+037D端圓柱滾子軸承（備注：常用于徑向力非常大的情況，此時(shí)D端不能受任何軸向力）+057兩端的2RS軸承+058D端角接觸軸承，軸向力遠(yuǎn)離軸承+059N端角接觸軸承，軸向力指向軸承+060D端角接觸軸承，軸向力指向軸承+061N端角接觸軸承，軸向力遠(yuǎn)離軸承（備注：上述VC+058…VC+061(角接觸軸承)常用于軸向力較大且同時(shí)存在一定徑向力的工況）+701N端絕緣軸承（備注：當(dāng)電機(jī)功率≥100KW(或機(jī)座≥315)且用于變頻使用時(shí)(與ACS800/ACS550變頻器一起使用)，為了消除軸承電壓和軸承電流，需要選配N端絕緣軸承）ABBGroupOct.12,2013|Slide10深溝球軸承DeepGrooveBallBearing

Standardbearingisdeepgrooveballbearing

M3BP標(biāo)配深溝球軸承Deepgrooveballbearingcancarryforcestoalldirections,italsohasbestre-lubricationproperties.Deepgrooveballbearingispreferredchoiceforelectricmotors,ifrequiredforcesaren’ttoobig.深溝球軸承可以承受各個(gè)方向的力（Fa&Fr），且具有最好的再潤滑性能。如果工況要求的力不是很大，深溝球軸承一直都是是電機(jī)軸承的不錯的選擇。ABBGroupOct.12,2013|Slide11圓柱滾子軸承RollerBearingRollerbearingatD-endareusedwhenthemotorshouldwithstandhighradialforces，eg.beltdrives.Donottakeanyaxialloads.Note:Minimumloadisrequired.圓柱滾子軸承一般用于電機(jī)需要承受較大徑向力的工況，比如皮帶輪傳動等；但是圓柱滾子軸承不能承受任何的軸向力；

注意：由于圓柱滾子軸承的配合間隙較大，所以有最小載荷要求，即需要存在一定的徑向力或者預(yù)緊力；并且運(yùn)輸時(shí)需加裝軸承鎖防止軸承空轉(zhuǎn)。ABBGroupOct.12,2013|Slide12角接觸軸承AngularContactBallBearingForceAngularcontactballbearingsareusedwhenthemotorshouldwithstandhighaxialforces；Directionofforcemustbeknown,angularcontactbearingscancarryaxialforcesonlytoonedirection.角接觸軸承一般用于軸向力很大的工況；而且需要注意，在使用角接觸軸承的時(shí)候，必須告知軸向力的方向，因?yàn)榻墙佑|軸承只能承受單方向的軸向力；軸承的選用可參考變量代碼+058…+061的描述。Angularcontactbearingcancarryradialforceonlyifthereisalsoenoughaxialforcetorightdirectionatsametime;

Theaxialloadonthebearinghastobebiggerthantheradial.

當(dāng)向右的軸向力足夠的時(shí)候（左圖），角接觸軸承可以僅承受徑向力；

作用在軸承上的軸向力須大于徑向力。

（同樣，角接觸軸承在電機(jī)運(yùn)輸時(shí)需要加裝軸承鎖）

ABBGroupOct.12,2013|Slide13兩個(gè)角接觸軸承配合使用Referringtherightpicture:Cantakeforceinbothdirections;Canalsotakehighradialloads;Lowermaximumrotationalspeedthanasinglebearing.如右圖：雙列角接觸軸承可承受雙向軸向力；同時(shí)可承受很大的徑向力；但是雙列角接觸軸承的最高轉(zhuǎn)速必須低于單列角接觸軸承。（注意：圖中安裝的兩個(gè)彈簧用于施加軸向預(yù)緊力來保證角接觸軸承的正常工作）ABBGroupOct.12,2013|Slide14N端絕緣軸承InsulatedBearingAtN-EndNoteagain:Insulatedbearingsareusedonlargermotorstopreventcirculatingbearing

currentsinVSDduty.

N端絕緣軸承通常用于消除大電機(jī)變頻工況時(shí)較大的軸承電流。Variantcodeforinsulatedbearingat

N-end:+701.N端絕緣軸承變量代碼：+701(eg.)6322/C36322/C3VL0241ABBGroupOct.12,2013|Slide15軸承的潤滑介紹Lubrication

GreasedforlifebearingsCleangreselongerlifetimeandcanallowbiggerloading.

自潤滑軸承——干凈的潤滑脂有助于延長軸承壽命和承受更大的力。RegreasablebearingsLongerlifetimeiftherighttypeofgreaseandiftheregreasingguidelinesarefollowed;Regreasingpossiblewhenmotorisoperating;Thedirectionofthegreasefollowtheredarrowsinleftpicture.

可注油潤滑軸承：

選用正確的潤滑脂種類和潤滑方法可有助于延長軸承壽命，切忌混合使用不同皂基的潤滑脂；

電機(jī)在啟動狀態(tài)下也可以注油潤滑；

潤滑時(shí)，潤滑脂的流動方向請參考左圖中紅色箭頭。

71-132:Alwaysgreasedforlifebearings（2Zbearings）;160-250:Regreasablebearingsasstandardandwillchange

to2RSbearingswhileIP56required(+403);280-450:Alwaysregreasablebearings.

71-132：通常選用自潤滑軸承，目前標(biāo)配-2Z軸承；

160-250：標(biāo)配為開放式可注油軸承，但是當(dāng)要求IP56(+403)時(shí)，

會改用-2RS封閉式自潤滑軸承；

280-450：通常選用開放式可潤滑軸承。

ABBGroupOct.12,2013|Slide16M3BP電機(jī)軸承潤滑脂M3BP標(biāo)配潤滑脂F(xiàn)rameSizeLubricantDescription71-132WT(SKF，封閉寬溫油脂，-40℃...+160℃)160-250ShellAlbidaEMS2(Lithiumcomplexbase，-50℃...+150℃)280-450ESSOUnirexN2orN3(Lithiumcomplexbase，-29℃...+120℃)M3BP標(biāo)配潤滑脂F(xiàn)rameSizeLubricantDescription71-132WT(SKF，封閉寬溫油脂，-40℃...+160℃)160-250ShellAlbidaEMS2(Lithiumcomplexbase，-50℃...+150℃)280-450ESSOUnirexN2orN3(Lithiumcomplexbase，-29℃...+120℃)M3BP可選潤滑脂M3BP71-132LubricantDescription低溫油脂，環(huán)溫-20℃…-40℃KluberQuietBQ72-72(Polyureabase，-45℃...+180℃)

高溫油脂，環(huán)溫>60℃KluberQuietBQH72-102(Polyureabase，-40℃...+180℃)

M3BP280-450LubricantDescription高溫油脂，環(huán)溫>60℃KluberQuietBQH72-102(Polyureabase，-40℃...+180℃)

低溫油脂，環(huán)溫-20℃…-55℃ShellAlbidaEMS2(Lithiumcomplexbase，-50℃...+150℃)關(guān)于潤滑時(shí)間(GreasingIntervalTime)說明M3BP樣本上(P27)有標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)潤滑間隔時(shí)間的說明，該數(shù)據(jù)是基于環(huán)溫25℃且地腳安裝(B3)的情況下的數(shù)據(jù)值。(1)當(dāng)電機(jī)豎立安裝時(shí)，潤滑間隔時(shí)間需要減半，即為標(biāo)準(zhǔn)值的50%；(2)當(dāng)環(huán)溫升高15℃(即環(huán)溫40℃)時(shí)，潤滑間隔時(shí)間也需要減半，為標(biāo)準(zhǔn)值的50%；此后每升高5℃，潤滑間隔時(shí)間需縮短1/3。ABBGroupOct.12,2013|Slide17M3BP電機(jī)軸承受力分析1)當(dāng)軸承承受單一的軸向力或者較小的且作用在軸端或者軸肩處的徑向力時(shí)，可以直接參考M3BP樣本Page28–Page31的標(biāo)準(zhǔn)允許值進(jìn)行校核；2)當(dāng)軸承受單一的不是很大但不作用在軸端或軸肩的徑向力時(shí)，可以根據(jù)M3BP樣本Page28上的公式計(jì)算該作用點(diǎn)處所允許的最大徑向力，然后進(jìn)行校核計(jì)算軸承壽命；ABBGroupOct.12,2013|Slide18M3BP電機(jī)軸承受力分析3)當(dāng)軸需要承受很大的徑向力或者同時(shí)承受徑向力和軸向力的時(shí)候，需要通過一些計(jì)算工具來計(jì)算校核軸承的壽命并確定是否需要選用別的軸承；同時(shí)，切記需要校核一下軸的強(qiáng)度。NeedtoknowMotortype,size,speed,power電機(jī)型號，轉(zhuǎn)速，功率Radialload徑向力大小Positionoftheradialload徑向力作用點(diǎn)Axialload軸向力大小和方向Mountingmethod電機(jī)安裝方式Weightofrotor轉(zhuǎn)子重量Dimensionsofrotor轉(zhuǎn)子尺寸Istheconstructionavailable,eg.castingsforendshieldsetc.?

更換其他軸承是否可行，例如端蓋鑄件是否可行等等？ABBGroupOct.12,2013|Slide19電機(jī)軸承受力計(jì)算工具（Tools）Toolsforbearingcalculations1)SKFWebsite

&SKFbearingselect

2)ABBBearingsprogram3)Excelcalculationtoolforshaftstrength.ABBGroupOct.12,2013|Slide20軸承受力計(jì)算(舉例)BearingCalculationCaseExampleM3BP355LKB6B3,400KW/400V/50HzRadialload54kN

(徑向力54KN)Distancefromshoulder,x=100mm

(作用點(diǎn)距軸肩100mm)Weightofrotorcoreandshaft:831kg(轉(zhuǎn)子重量831kg，折合重力約8.15KN)ABBGroupOct.12,2013|Slide21軸承受力計(jì)算(舉例)ABBBearingcalculationresultofstandardballbearingNotavailable!ABBGroupOct.12,2013|Slide22軸承受力計(jì)算(舉例)TrywithrollerbearingNU322EC?Betterbutstillnosolution!ABBGroupOct.12,2013|Slide23軸承受力計(jì)算(舉例)Selectingabiggerrollerbearingisnecessary.D-End:NU2226N-End:6322Rotordimensions,shaftincluded.ABBGroupOct.12,2013|Slide24軸承受力計(jì)算(舉例)CalculatewithSKFbearingselectGiveyourlogindetails；

YoucanalsoselectRegisterhereifyouarenotyetregistered.在SKF網(wǎng)頁登陸；如果沒有賬號，可以在SKF網(wǎng)頁注冊一個(gè)。ABBGroupOct.12,2013|Slide25軸承受力計(jì)算(舉例)Choosethecalculationtool;點(diǎn)擊“SKFBearingSelect”ABBGroupOct.12,2013|Slide26軸承受力計(jì)算(舉例)Pleaseopenthetool“SKFBearingSelect”;點(diǎn)擊”O(jiān)pentool”ABBGroupOct.12,2013|Slide27軸承受力計(jì)算(舉例)(Rightpicture)Openanewcalculation點(diǎn)擊“Newcalculation”；(Leftpicture)選擇“Twobearingpositiononashaft”；然后“continue”；ABBGroupOct.12,2013|Slide28軸承受力計(jì)算(舉例)Thispageisforcalculatingregreasingintervals;Tocalculatebearinglifetime,youdonotneedtomodify.這一個(gè)界面的數(shù)據(jù)主要用于計(jì)算軸承的潤滑間隔時(shí)間，與我們校核軸承受力和軸承壽命基本沒有關(guān)系，不需做任何修改，直接“continue”；ABBGroupOct.12,2013|Slide29軸承受力計(jì)算(舉例)Rotationofspeed:電機(jī)轉(zhuǎn)速，1000rpm（6P）；Temp：軸承溫度，這個(gè)參數(shù)對軸承壽命的計(jì)算影響可以忽略，它主要影響潤滑間隔的計(jì)算；點(diǎn)擊“Editloads”來輸入受力信息；ABBGroupOct.12,2013|Slide30軸承受力計(jì)算(舉例)Z：徑向力作用點(diǎn)到軸承中心點(diǎn)距離，182.5mm；Fy/FΦ

：徑向力大小54KN；Z’：軸承中心點(diǎn)與轉(zhuǎn)子重心之間的距離，約644mm;(Fy/FΦ)’：轉(zhuǎn)子自重(含轉(zhuǎn)軸)8.15KN;ABBGroupOct.12,2013|Slide31軸承受力計(jì)算(舉例)Contaminationfactor：污染系數(shù)，這個(gè)參數(shù)對軸承壽命的計(jì)算基本沒有影響；ABBGroupOct.12,2013|Slide32軸承受力計(jì)算(舉例)D端軸承的位置一般設(shè)置為0mm，然后開始選軸承，“selectbearing”;

N端軸承與D端軸承距離1275mm，同樣，“selectbearing”;

ABBGroupOct.12,2013|Slide33軸承受力計(jì)算(舉例)D-EndBearingSelection“searchbydesignation”輸入“NU2226”+“search”選擇“NU2226ECP”，然后DoneABBGroupOct.12,2013|Slide34軸承受力計(jì)算(舉例)N-EndBearingSelection注意：游隙的大小關(guān)系到軸承的使用壽命L10h，而我們通常選用C3油隙；ABBGroupOct.12,2013|Slide35軸承受力計(jì)算(舉例)軸向力分析：在這個(gè)例子里面，N端軸承需要承受軸向力，因?yàn)閳A柱滾子軸承不能承受任何軸向力；當(dāng)我們的D端軸承選用深溝球軸承或者角接觸軸承的時(shí)候，軸向力主要由D端軸承來承受；InthiscasetheN-endbearingissupportingtheaxialload.Therollerbearingcannotsupportaxialloads.WhenwehavedeepgrooveballbearingsorangularcontactballbearingsintheD-end,theD-end(Left)issupportingtheaxialload.ABBGroupOct.12,2013|Slide36軸承受力計(jì)算(舉例)Click“Report”buttontogeneratethecalculationresultreport;計(jì)算完成，但是L10mh這個(gè)計(jì)算結(jié)果是SKF修正后的壽命值，不是ISO標(biāo)準(zhǔn)的軸承壽命值，需要“report”來查看軸承實(shí)際的ISO標(biāo)準(zhǔn)壽命值；（注：L10mh=aISO*L10h,aISO:修正系數(shù)）ABBGroupOct.12,2013|Slide37軸承受力計(jì)算(舉例)點(diǎn)擊“Viewreport”

查看計(jì)算結(jié)果ABBGroupOct.12,2013|Slide38軸承受力計(jì)算(舉例)ForthiscasewegetL10hbearinglifetime=34300houroftherollerbearinginD-end.Thisislowerthanournormallypromisedlifetimeof40000h!計(jì)算結(jié)果：D端軸承壽命L10h=34300h；軸承壽命高于20000h，但是低于40000h；一般，ABB只承諾20000h或者40000h的軸承壽命，所以這種情況下，我們只能承諾20000h，而不會承諾30000h或者其他值。ABBGroupOct.12,2013|Slide39軸承受力計(jì)算(舉例)L10hbearinglifetime:208000hoursoftheN-endbearing.Wecanreportthatthebearinglifetimeisexceeding40000hours.N端軸承壽命L10h=208000h；軸承壽命高于40000h，我們可以承諾軸承壽命可以達(dá)到40000h。ABBGroupOct.12,2013|Slide40軸承受力計(jì)算(舉例)Pleasepayattentiontocheckanothertwopoint:1)Istheshaftstrongenoughtosupportthisbigforce?2)Arethecastingofendshieldsavailableforthesebearings?另外需要注意兩點(diǎn)：1)軸是否能承受這么大的徑向力？2)端蓋鑄件是否可行或者是否可行？Solution:1)Dothecalculationofshaftstrength；2)TrytofindsimilarsolutiondesignedinFIMOTbeforeinTCorotherdatabase.

方案：1)對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核。2)一般可以去TC或者其他FIMOT數(shù)據(jù)庫查看是否有相同的端蓋設(shè)計(jì)和圖紙；ABBGroupOct.12,2013|Slide41轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核

轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計(jì)算和校核界面ABBGroupOct.12,2013|Slide42轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核

電機(jī)參數(shù)Power：電機(jī)輸出功率，400KW；Speed：電機(jī)轉(zhuǎn)速，1000rpm；受力參數(shù)

Externalforces:Radialforce：540000N；DistanceX：軸肩與徑向力作用點(diǎn)之間的距離，100mm；ABBGroupOct.12,2013|Slide43轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核參考轉(zhuǎn)軸圖紙（附件）和下圖中的說明，在表格中按個(gè)輸入所需尺寸參數(shù)。轉(zhuǎn)子重量（含轉(zhuǎn)軸）：831KgABBGroupOct.12,2013|Slide44轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核

Whenweselectstandardshaftmaterial,fill“s”inthetableasthepictureabove;Thenyoucanfind“safetyfactor”ofkeywayislowerthan1,5incalculationresultasfollowingpictureandthetextwillshow“Insufficientsafetyfactor!”.Thismeansthatwecannotprovidethisasasolution.當(dāng)我們選擇標(biāo)準(zhǔn)材料時(shí)，在表格中輸入“s”；計(jì)算結(jié)果如下圖，鍵槽安全系數(shù)為1.39，沒有達(dá)到1.5，不合格；ABBGroupOct.12,2013|Slide45轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核

Thenpleasetrywithspecialshaftmaterialandfill“N”inthetableasthepictureabove;Youcanfind“safetyfactor”ofkeywayis1.68biggerthan1,5andboththeothersafefactorsarealsobiggerthan1.5incalculationresultasfollowingpicture.Text”O(jiān)K”appearsw