了解电机过热
电机轴承安装在电机内部。事实上,电机本体本身就构成了轴承的工作环境。因此,在深入研究电机轴承过热的具体情况之前,了解和分析电机过热是有益的。
电机是一种机电能量转换装置,主要通过电磁过程和机械过程进行工作。无论是电磁过程还是机械过程,都会产生损耗,这些损耗最终会以热量的形式消散。这会导致可观察到的过热状态。
分析电机过热最直观的方法是根据电机外部宏观元件进行分类。广义上讲,电机的结构体包括定子机座、转子、密封系统、轴承系统等。
从外部测量角度可分为机架过热、转子过热、轴承过热、密封过热等。
电机底座正在升温
我们知道电机底座的外部发热受到绕组热量的影响。
从底座的发热现象可以区分整体温度升高和底座温度分布变化。
电机底座局部温升
当电机在“正常”条件下运行时,电机底座内部温度呈现一定的分布。这种分布与电机运行时的热源分布和热量有关。一般来说,不同热源之间存在一定的电气和机械联系,因此它们的加热关系也具有一定的相关性。
因此,在正常工作条件下,电机内部的温度分布应呈现一定的稳定趋势。请注意,这里所说的是“温度分布”和“趋势”,而不是绝对恒定。
所谓电机发热异常,是指与“正常”状态相比,温度分布不一致。(“异常”是指偏离“正常”的状态。)这种“异常”可能表示故障,也可能不表示故障。这就需要我们后续的故障诊断和分析。
当检测到电机底座局部温度“异常”时,故障诊断的基本方法是首先确认是否存在外部热源。
热源的确定是这个图中的第三层内容。是否有外部热源的确认,实际上是用来判断热量是电机本身主动散发出来的还是受外界影响而产生的被动变化。
对于外部热源引起的局部过热,电机工程师首先需要确定外部热源本身是否正常。如果外部热源正常引起这样的温升,则需要确认外部热源引起的这种温升对电机本体的影响。
具体来说,在本文讨论的轴承部分,就是这个局部温升是否会对轴承产生影响。如果这个温度不会对轴承运行造成严重威胁,并且由于热源本身没有问题,那么这种“异常”就可以定义为“非故障”,只需要监测其变化即可,无需立即采取措施。
对于没有外部热源的局部过热,电机工程师需要检查电机本身。确认此过热是否是由某些内部故障引起的。常见的情况包括绕组局部高温和机械部件之间相对运动界面的高温。
电机本身的这种局部高温实际上是与“正常”温度分布相比得到的主动热变化状态。通常,这种状态更有可能是“故障”。
例如,局部绕组绝缘问题、局部机械部分干扰、相互摩擦等。因此,对于电机本体局部受热且没有外部热源的情况,电机本体结构和绝缘出现故障的可能性增加。
电机底座整体温度升高
当我们说电机底座的整体温度升高时,我们的意思是电机的当前温度高于其“正常”工作温度。而且,这种电机整个结构的温度分布与“正常”状态基本一致。
电机底座整体发热的可能原因包括:电机负载过大;电机散热不良;电机运行环境温度过高;整体绕组问题;布线问题等等。我们将分别详细阐述这些内容。
电机过载
电机的扭矩负载变化确实会导致电机电流的波动。电流的增加随后导致电机本体发热更大。
另一方面,如果电机轴端上的轴向和径向载荷增加,轴承将发热更多。然而,这种负载引起的温度升高主要表现为电机轴承的局部温度升高,而不是电机本体整体温度的升高。
由此我们可以推断,电机整体温度升高与外部负载“异常”有关。如前所述,“正常”负载,从设备的角度来看,是指其设计设定值或设计前提供的运行条件。
合格的电机在设计条件下运行时应符合设计预期,并在电机设计和出厂检验过程中得到验证。然而,如果电机在运行过程中的负载状态超出了最初的设计预期,电机的发热情况就会变得“异常”。如果该温度超过控制标准,应及时处理。
电机通常会遇到与其额定工作周期或额定工作负载不匹配的“异常负载”。
类比超过额定工作周期的负载情况,假设一名8小时轮班的工人被要求连续加班,从而增加了他们的疲劳程度。这同样适用于电机。
对于超过额定工作量的负载情况,就像让一个正常情况下生产十件的工人生产二十件一样,这也会增加他们的疲劳程度。
当然,这些都是粗略的比较。设计电机时,考虑一定的过载能力;这是设计余量。如果电机在过载条件下运行,可能会导致热量普遍增加。
此外,某些安装问题也会导致电机内部负载的变化。例如,电机地脚松动或电机对准不良等。这些故障不仅会给电机的机械系统和轴承带来额外的负载,产生更多的热量,而且还会导致电机本身产生额外的扭矩,导致进一步发热。
电机工作环境的变化
电机工作环境的变化包括其冷却条件和环境温度的变化。如果将负载变化引起的电机整体发热的变化视为整体温度变化的根本原因,那么电机工作环境的变化就会影响电机的冷却条件。
电机的设计包括给定(或额定)工作环境温度和冷却条件。当电机的冷却条件发生变化或环境温度发生变化时,电机正常发热后各自的冷却环境也会发生相应的变化。
密封产生热量
这里所说的电机密封主要是指电机轴与电机定子之间的密封。这些密封件主要用于将电机轴承室与环境隔离,防止轴承受到污染。(当然,在流体冷却管道等实际应用中也有相应的密封部件,但这些不在本次讨论的范围之内)。
用于将轴承室与外界环境隔离的密封件也可称为轴承密封件。通常,密封件固定在一侧,而另一侧具有负责密封的唇部。
造成轴承密封发热的原因主要有以下几种:密封唇磨损;密封唇部分损坏等。
对于非接触式密封件,由于密封唇不接触其他部件,这种相对运动不会产生额外的摩擦,也不会引起发热。常见的迷宫式密封件就属于这一类。
对于接触式密封,密封唇与被密封部件之间存在相互接触力。电机旋转时,接触面之间存在相对摩擦,会产生一定的发热。通常,这种热量产生在一定范围内是稳定的。如果出现额外的温升,则需要调查原因。
密封唇均匀磨损
如果密封部分产生额外的热量,则可以检查密封唇的磨损情况。如果密封唇呈现均匀磨损,则表明唇口与密封部件之间发生了均匀摩擦。
相关组件超出尺寸公差
轴承中密封唇均匀磨损的主要原因是相关部件的尺寸偏差。
对于非接触式密封件,不应发生此类摩擦。如果非接触式密封件的唇部出现磨损,则必须予以解决。
当密封唇受到均匀摩擦时,如果密封唇上的接触力大于设计值,或相对速度较高,则磨损会更加严重。
此时,应检查轴尺寸。如果轴的尺寸太大,会导致密封唇与轴之间的接触力过大,从而产生过多的摩擦和热量。
此外,还应检查轴的表面粗糙度。如果轴表面太粗糙,唇缘和轴之间的磨损将会更加严重,从而产生额外的热量。
如果电机轴的圆度超过公差,还可能导致轴的某些区域的轴与密封唇之间的接触力过大。这会导致密封唇均匀磨损,磨损程度超过正常水平。
密封件选择不当
当电机密封件发热时,检查密封件。如果密封唇均匀磨损,还需检查密封件的选型。
首先,如果电机的实际转速超过密封件允许的最高转速,可能会导致密封唇均匀过度磨损,从而导致发热。
如果实际工作条件下有物质与密封件发生化学反应,可能会导致轴承密封件退化,从而可能导致密封件整体尺寸发生变化,从而产生过大的接触力和额外的热量。
如果实际工作温度超过密封件可承受的最高温度限制,可能会导致密封唇软化,从而增加磨损并可能导致发热。
密封唇的均匀磨损也可能是由于密封件安装和维护不当造成的。
密封唇均匀磨损
密封件安装和维护不当
在观察密封唇在热循环过程中的均匀磨损时,不仅要回顾上一篇文章的内容,还要检查密封件的安装和维护。
如果轴承密封安装不正确,导致密封唇定位不当,可能会导致唇与轴之间过度摩擦,导致发热。
在电机的日常维护过程中,检查密封件的磨损情况至关重要。根据密封件的磨损情况,应考虑更换电机轴承密封件,以防止不当摩擦和由此产生的热量。
密封唇的不均匀磨损
如果在电机轴承密封部分检测到大量热量,并且在检查密封唇时,可能会发现不仅存在均匀磨损,而且还存在不均匀磨损的情况。
密封唇的不均匀磨损主要与密封元件以及密封件的安装和维护有关。
密封相关组件的问题
不均匀磨损意味着虽然密封唇周围的某些区域已磨损,但其他区域尚未磨损。这种不均匀磨损可归因于密封相关部件的形状、位置公差或相对位置。
如果电机轴与轴承室未对准,密封唇的一侧可能会承受更大的接触压力,导致额外的磨损和热量增加。因此,在注意到这种密封唇磨损特性时,应检查电机轴和轴承室之间是否存在平行不对中。
当电机轴与轴承室角度不对中时,电机轴与密封唇之间会在不对中方向及其相反方向上产生过大的摩擦。与这种错位成 90 度的位置的磨损会较小。然而,面临过度摩擦的区域会产生额外的热量,并在密封唇周围表现出不均匀的磨损。
电机轴和轴承室之间的这种不对中可能是由于轴或轴承室(主要是密封安装部分)不对中造成的。当轴承室未对准(平行或有角度)时,密封唇可能会在其圆周上出现不均匀磨损,从而产生额外的热量。
密封件安装不当
当电机轴承密封件发热时,圆周上的不均匀磨损可能与密封件本身的安装和维护有关。
如果电机轴承密封件的安装位置存在偏差,导致密封件与轴不对准,就会导致密封件轴线与基轴的不对中,包括平行不对中和角度不对中。
这可能会导致额外的密封件磨损和相应的热量产生,类似于电机轴和轴承座不对中的问题。
此外,如果在电机轴承密封件安装过程中密封唇损坏,可能会导致密封唇变形,导致局部接触不良。这可能会导致过度的局部摩擦和随后的加热。
电机轴承密封损坏
当电机轴承密封件损坏或变形时,唇部接触摩擦可能会增加,从而导致发热。
因此,如果电机轴承密封部分出现局部过热,应检查密封件本身是否损坏或变形。
轴承密封件损坏、变形的原因有以下几种:
安装和维护不当
在电机轴承密封件的安装和维护过程中,如果密封架损坏,可能会导致整个密封件或部分密封件变形。这种变形会改变唇缘与密封表面的接触。
接触太少会降低密封效果,而接触太多会增加摩擦,导致产生额外的热量。因此,当密封件的一部分因摩擦而产生额外热量时,检查密封件的状况以消除密封件安装过程中的任何安装或维护错误以及定位差异非常重要。
除了安装和维护问题之外,密封件的损坏也可能与密封件和周围部件之间的干扰有关。
与周围组件的干扰
对于非接触式密封件,当电机运行时,密封件不应与静止部件发生干涉。如果发生干涉,干涉部件将被损坏,产生热量并导致密封件过热。
因此,此时应检查密封件与周围部件的尺寸关系。根据密封干涉的位置,可以找到相应零件的位置并检查与该位置相关的部件。同时,可以在这些零件上找到相应的磨损痕迹,以确认磨损情况并进行修正。
对于接触式密封件,除了密封唇之外,密封件还不应干扰其他运动部件。接触密封唇的磨损情况可以根据前面介绍的均匀磨损和非均匀磨损来判断。另外,密封件上出现的干涉痕迹应与同一位置的其他零件上的相应痕迹进行追踪,以确认并消除。
密封旋转
在工作条件下,密封件应整体固定在设备的定子或转子上。运行时的摩擦应发生在密封唇处。同时,密封件及其固定部分应相对静止。如果密封件的某些部分出现异常发热,并且密封件的固定部分存在相对位置变化,则可能表明密封件旋转存在问题。
密封件旋转会导致局部加热并降低密封效率。这应该立即纠正。该问题可能源于密封件和固定部件之间的公差问题,或者源于密封件本身的超公差问题。
有时,由于加热导致的材料硬度的变化会改变密封件和匹配部件之间的配合紧密度,从而导致旋转的风险。当密封件发生旋转时,可以通过考虑尺寸和温度影响来识别和消除根本原因。
到目前为止,我们在电机加热思维导图中已经介绍了77个与电机加热相关的节点和56个与密封件相关的节点。后续我们还会继续讲解其他四百多个节点的内容。
前面的讨论解决了与电机发热有关的问题,包括与电机本体和电机密封件相关的热状况。从这里开始,重点转移到讨论与轴承有关的电机过热的组成部分。
如前所述,电机轴承的温度不仅应根据绝对值进行评估,还应考虑轴承部件内的温度分布。
关于电机轴承过热的温度预警值,很多国际和国家标准都有记载,这里不再赘述。
以下是解决电机过热问题的思维导图。该图从两个方向展开了与电机轴承相关的热话题:一是轴承部件与电机壳体之间没有明显温差的情况,二是轴承部件与电机壳体之间存在较大温差的情况。电机外壳。
判断电机轴承温度是否高于底座温度本质上是对温度分布的评价。该确定是基于对轴承本身的预期加热状态的识别而做出的。
运转时,轴承本身会产生热量,但轴承本身产生的热量不应成为电机发热的主要部分。在发热方面,轴承主要起到被动吸收的作用。
基于以上结论,采用电机轴承自热与电机座整体温度之间的温度分布作为故障诊断分析的起点是合适的。
电机轴承温度不高于底座温度
从前面的介绍可以理解,当电机轴承的温度不高于阀座温度,或略且稳定地高于阀座温度时(注意,这里的“不高于”是指一个小的梯度,不是连续增加),这是电机轴承的正常性能。
换句话说,此时电机轴承的内部运行情况不应与正常状态有明显差异。一般来说,此时怀疑电机轴承内部故障的机会就减少了。
当电机轴承温度“不”高于电机座温度时,有两种情况:电机温度高于报警温度;电机轴承温度高于轴承所能承受的温度。
电机温度高于报警温度
这里讨论的电机温度高于报警温度的前提是电机轴承温度“不”高于电机座温度。此时应首先检查电机座的自热情况。应根据前五篇文章讨论的内容进行详细调查。
在检查电机整体发热情况时,如果发现有导致电机整体温度升高的问题,应予以排除。
如果经过调查,电机整体没有故障,或者这些不同的工作条件会导致电机温度超过警告,则可能不是电机或轴承的故障,而是电机的预期温度。电机在不同条件下工作。当该温度超过某些标准报警限值时,需要调整报警限值。
温度报警值的调整可以参考相关标准,但更重要的是要根据实际工况确定。通常,可以利用历史记录或不同负载下的估计加热来确定工况的报警温度。这个报警限值的设定有点像基于国家标准的企业标准。
另一方面,这种电机轴承温度报警值的调整不应超过轴承所能承受的温度极限。
另请参阅 在外转子电机中使用轴承的基本技巧
电机轴承的温度不应超过电机外壳的温度。
电机轴承温度超过电机轴承所能承受的温度极限。
电机轴承温度的变化会影响电机的润滑和电机轴承保持架的性能。当温度达到一定限度时,甚至会影响轴承钢的性能等性能。
一般来说,电机轴承可以工作的温度是有一个基本限制的。当电机轴承的温度超过此极限时,轴承就无法达到其预期的性能。(请注意,我们当前讨论的前提是电机轴承温度不超过电机外壳温度,这意味着电机轴承很可能不处于失效状态。关于失效状态的轴承的讨论将在后续内容中讨论失败树。)
出现上述情况,首先考虑的是调整电机。如果电机本体出现任何发热问题,都可以进行处理。如果由于运行原因导致电机过热,或者电机工作的环境温度导致电机过热,那么调整电机并不能降低温度。
必要的措施是调整轴承。换句话说,我们需要调整轴承的选择,使新轴承能够在这个温度下发挥预期的性能。
到目前为止,我们已经讨论了电机轴承温度“不”超过电机外壳温度的情况。这种情况常常促使现场工程师寻找轴承外部的故障。
事实上,对于工程师来说,过于僵化地应用上述结论并不可取。上述没有故障的判断只是一种可能性,并不排除某些情况下轴承应用存在问题。以下是一些可能的情况:
首先,电机轴承温度不超过外壳温度,但高于同型号其他轴承的温度。在这种情况下,电机轴承内部的运动状态与同型号、同工况的其他轴承相比可能存在差异。通过横向比较发现的这种异常现象也需要引起注意。
即使温度没有超过外壳温度并且有时保持在轴承运行的允许范围内,但这也可能是故障的早期阶段。因此,可以通过上述横向比较的方法来确定现场情况。
其次,考虑温度的趋势。在某些故障中,电机轴承温度会升高,但最初电机轴承温度会高于外壳温度。随着故障的进一步发展,温度将超过外壳温度,说明电机轴承正在发热。
因此,之前的“不高于住房温度”只是暂时的情况。此时,电机工程师应该在时间轴上进行纵向比较。如果电机轴承温度稳定,则表明情况正常。但如果情况恶化,温度持续升高,则表明可能仍存在一些潜在故障。
综上所述,在诊断电机轴承故障时,需要灵活运用理论知识,对设备状态进行横向和纵向比较。这将大大有利于故障诊断的准确性。
当电机轴承温度不显着高于电机基础温度时,电机轴承产生的整体热量并不是电机热量的主要组成部分。此时的温度分布与预期的正态分布一致。因此,从温度分布的角度来看,轴承故障的可能性可以稍微降低。
然而,当电机轴承温度明显高于周围电机端盖和底座温度时,轴承作为主要热源,会显着影响电机的整体温度分布。电机轴承和底座之间与预期温度分布的偏差使我们有理由怀疑潜在的轴承故障。
如前所述,当电机轴承温度明显高于基础温度时,轴承的热源包括内部和外部部件。外部热量来自轴和轴承室等相邻部件。内部热量源自轴承内的各种摩擦。
当轴承温度超过基准温度时,说明电机轴承的内摩擦在发热中占主导地位,成为温度升高的主要因素。
引起电机轴承发热的主要因素包括:
电机轴承上的负载
电机轴承转速
电机轴承的润滑
电机轴承的密封
与轴承相关的污染
轴承内部损坏
我们来一一分析一下。
电机轴承负载
电机轴承发热的原因之一是负载问题。选择电机轴承时,根据设定的运行条件检查轴承的寿命。该检查的实质是验证所选电机轴承的负载能力。当电机轴承发热时,以下情况需要检查电机轴承负载:
首先,新的电机设计。新设计的电机转子重量与以前的电机不同。
二是经营状况新。电机首次在一定负载场景下使用。
第三,电机轴承选型的变化。由于某种原因,电机轴承的选择和布置发生了变化。
在这种情况下,如果轴承发热且没有其他明显异常,则应将设计符合性与电机轴承的实际负载进行比较。这样做是为了识别任何差异。
首先,比较电机轴承的设计符合性和实际负载时,检查实际负载与寿命差异。并根据实际负载,重新检查电机轴承的负载。如果在实际载荷下校核的轴承寿命小于设计校核结果或小于使用条件要求的寿命结果,则说明轴承选型不充分。
如果在设计试验阶段出现此问题,必须根据实际载荷情况调整轴承选型。
如果电机在使用过程中出现此问题,则说明电机轴端的负载大于给定的设计,需要调整电机的运行负载。
一般电机设计时除了为电机的电气性能留有设计余量外,有时,如果电机的应用场景变化较大,在电机轴承的选择上也可能需要留有一定的设计余量。通常,在此设计余量内,电机轴承的正常加热应该不成问题。
注意这个设计余量一定要合理。如果设计余量较小,电机轴承上的负载就会较大,可能会出现发热等问题。另一方面,如果设计余量过大,可能会出现电机轴承最小载荷不足的情况,也会造成轴承异常发热。(相关内容稍后介绍。)
电机轴承负载引起的发热问题除了检查轴承应有的负载是否过大外,还应检查电机轴承负载的其他方面。有时,通过电机轴承的寿命检查并不能发现这些方面。
当电机轴承过热时,应将电机轴承应承受的载荷与电机实际承受的载荷进行比较,以确定是否是电机轴承选型不当或电机使用时给定的载荷不当。同时,必须提供电机轴承负载选择裕度问题的一般描述,以避免此类过热情况。
除了检查电机轴承承受的“预期载荷”外,有时还需要调查其他情况。
例如,电机轴承是否承担了其承载能力所不具备的载荷分量。
电机中常见的几种情况如下:
首先,电机轴承有浮动端和非浮动端结构以及交叉定位结构。在有定位端和非定位端结构的电机中,轴向载荷由定位端轴承承受,非定位端轴承不应承受轴向载荷。因此,选择轴承时一般不考虑轴向载荷。
此时,如果浮动端轴承承受轴向载荷,就会引起轴承过热等问题。在这种情况下,需要检查电机结构布置,以确保浮动端轴承合适。
在上述情况下,调查的目的是确定浮动端轴承上的轴向力的来源并消除它。
在电机轴承系统的定位端或交叉定位结构中,如果轴承承受的载荷方向超过设计预期,也会导致轴承过热。一个典型的例子是电机使用单向承载能力的轴承,例如角接触球轴承。
如果出现反向轴向力,轴承可能会脱离,导致电机轴承过热甚至烧毁。此时,应查明反向轴向力的来源并消除。如果无法消除(或者运行条件正是如此),则需要调整电机轴承系统的配置。
有些轴承具有一定的轴承载荷能力,但其轴向载荷能力有限。当轴向载荷超过该轴承的轴向载荷能力时,轴承就会过热。例如深沟球轴承,虽然具有一定的轴向载荷能力,但如果轴向力过大,轴承就会过热。
不过一般来说,这种情况在寿命计算中是可以察觉的。解决这种情况的方法是改变电机轴承的选择,以适应较大的轴向载荷。
另一种情况在传统的电机轴承负载计算中很难察觉。例如,调心滚子轴承具有一定的轴向载荷能力,但在一定的轴向载荷作用下,空载滚子柱很可能出现最小载荷不足或脱离、打滑的情况。在这种情况下,就会表现为轴承过热。
这时最好调整轴承的选型。如果无法调整,有一些措施可以缓解,但无法根治。例如,在合理范围内降低润滑脂粘度、适当拧紧轴承外圈等方法可以有所帮助。
我们正在讨论由于轴承支撑的实际载荷与设计或预期轴承载荷不相符而导致电机轴承过热的问题。确实,在诊断和分析电机轴承故障的过程中,通过轴承故障分析,可以在轴承滚子和滚道表面找到与此类情况相对应的痕迹。
电机轴承过热中与负载有关的因素不仅应与设计规格进行比较,还应与轴承的负载能力进行比较。
我们之前讨论过电机轴承承受的实际载荷与设计载荷之间存在的差异,这可能会导致电机轴承发热。本质上,这涉及在设计阶段将实际轴承载荷与预期载荷进行比较。
电机轴承载荷主要是径向和轴向。在诊断电机轴承的发热问题时,有必要比较轴承承受的不同载荷,以便识别问题。
对于电机轴承的径向载荷,如果轴承承受的径向载荷大于其承受能力,则将无法达到其预期寿命。这可能是由于轴承尺寸过小造成的。
如果所选电机轴承尺寸过小,轴承的负载能力可能会不足。如果在设计测试阶段发现这一点,请考虑调整选择。如果轴承的外部径向尺寸有限且无法增大,则应在相同外径的轴承类型中选择负载能力较大的轴承类型。
这可能包括:
使用滚子轴承代替球轴承来承受更大的径向载荷。
使用双列轴承代替单列轴承来承受更大的径向载荷。
使用滑动轴承代替滚动轴承来承受更大的载荷。
如果在设计试验过程中发现电机轴承的承载能力不足,可以增大电机的径向尺寸,则可以考虑使用更大直径的轴承。
无论是改变轴承类型还是增大同类型尺寸以提高其承载能力,在选型前都需要重新计算轴承的承载能力,以确保新选型的正确性。
如果电机轴承配置不当:
如果电机轴承承受的径向载荷过大,可能是由于轴系轴承配置时设计不当,导致轴承承受了不应承受的载荷。检查这一点通常需要比较图纸和实际测量结果。
确保工件实际装配结构合理、轴承配置合适。如果轴承配置合理,则应调整轴系的支撑结构。如果无法改变该轴承配置,则应改变轴承选型,以适应轴承在该结构载荷下的运行。
电机轴端负载不当的情况:
如果电机轴承承受过大的载荷,经检查,电机内部轴承选型和结构布置没有问题,则需要进一步检查轴承径向载荷的来源。常见原因包括皮带轮张力过大以及联轴器重量造成的径向力过大。
事实上,联轴器一般不会太重,但联轴器作用点与两个轴承之间的距离会影响实际的轴承载荷。相同的径向力导致不同轴端距离处的轴承径向载荷不同,需要验证。
上述讨论涉及轴承负载背景下与电机轴承热量相关的径向负载系数。在实际工况下,轴承载荷还包括轴向载荷,不当的轴向载荷也会导致电机轴承运行过程中产生不希望的热量。
如前所述,电机轴承在承受过大的轴向载荷时也可能产生热量。与径向过载导致轴承过热的情况类似,当轴向载荷过大时,应考虑轴承选型是否合适、轴承布置是否正确、轴承所承受的实际载荷是否正确等。
如果选择尺寸过小的轴承:
电机轴承的设计考虑了它们可能必须承受的轴向载荷。但如果实际轴向载荷大于设计轴向载荷,则会导致电机轴承产生额外热量,导致加热不当。
在这种情况下,需要调整电机轴承的选择。调整方法与径向载荷能力不足的调整方法类似,但轴承类型调整不同。这些调整可能包括:
用角接触球轴承替换深沟球轴承
用圆锥滚子轴承代替角接触球轴承
使用调心滚子轴承
使用调心滚子推力轴承
使用推力轴承
除了使用不同类型的轴承来承受较大的轴向载荷外,还可以通过使用较大的轴承来增加轴承的轴向载荷能力。
无论是改变轴承类型还是选择更大的轴承,一旦确定选型,就应重新计算轴承的载荷能力,以保证选型的正确性。
如果电机轴承布置不当:
由于电机轴承布置不当,轴承可能承受不应承受的轴向载荷,或者承受的轴向载荷过大,这两种情况都会导致电机轴承过热。
在这种情况下,如果可以调整电机轴承系统的布置,则应调整轴承系统的配置。如果电机轴承系统的布置无法调整,则需要调整轴承类型,并根据轴承所承受的载荷选择能够满足负载条件的轴承类型。
如果电机外部负载不当:
电机的外部负载是电机轴系承受负载的直接原因。如果不应承受轴向载荷的轴系统上出现轴向载荷,则很可能是由于外部载荷不当造成的。
对于与皮带轮连接的电机,由于传动方式是通过皮带轮,因此电机轴系不应承受轴向载荷。但如果带轮存在不对中情况,这种连接方式会给轴系带来一定的轴向力。故障诊断时应检查这一点。
当电机轴端与联轴器连接时,联轴器不对中会导致轴系承受轴向载荷。因此,当电机轴系出现异常轴向载荷时,还应对联轴器连接进行检查。
我们已经讨论过电机轴承承受的径向和轴向载荷大于轴承应承受的载荷的情况。此时,主要的诊断方向是寻找负荷的来源,并根据来源制定合理的调整计划或消除措施。
除了常规的过载外,还可能出现电机轴承内部负载过小的情况,或者负载分布不正常的情况。这两种情况也会导致电机轴承产生额外的热量。
当电机轴承承受的负载大于理想负载时,电机轴承可能会发热。这是否意味着电机轴承上的负载应尽可能小?答案是不。
如果电机轴承上的载荷小于其运行所需的最小值,则运行期间轴承内无法形成纯滚动。这会导致滚动体和轴承内部滚道之间产生相对滑动,产生额外的热量,从而导致轴承过热。
当电机轴承出现过热时,可以采用计算轴承载荷的方法来检查轴承上的载荷与最小载荷之间的关系。从失效轴承的失效痕迹中也可以找到证据。
如果出现过热时可以调整轴承选型,可尝试更换负载能力较低的轴承。例如,球轴承可以替代滚子轴承,单列轴承可以替代双列轴承,或者较小的轴承可以替代较大的轴承。
在因最小载荷不足导致发热而决定更换轴承之前,必须对轴承的实际载荷、最小载荷和轴承寿命进行验证计算,以确保轴承更换的成功和有效性。
当电机轴承因最小载荷不足而过热,且无法更换为较低载荷能力的轴承时,可适当降低电机轴承润滑油的粘度。这种方法可以在一定程度上帮助降低轴承运行所需的最小载荷,但可能不适用于所有因最小载荷不足而引起的电机轴承热故障。
由于负载问题导致的电机轴承发热故障不仅可能是由于负载过大或不足造成的,也可能是由于负载分配不正确造成的。一个典型的例子是电机轴承负载的偏心问题。
电机轴承载荷偏心问题是指电机轴承所承受的载荷与轴承中心孔轴线存在偏移或不对中的情况。在这种情况下,轴承内部的滚动体在载荷区域的中部无法运转,有时会造成局部载荷过大,而其他区域载荷过轻。这可能会导致电机轴承运行期间产生额外的热量。
电机轴承的偏心问题可能是由于电机轴承安装不当或电机轴承相关零件的形位公差不合适造成的。
当轴承出现偏载时,通过电机轴承的失效分析可以找到证据,电机轴承的振动谱上也会出现相应的特征。
通常,检查电机轴和轴承室的形状和位置公差,以排除电机轴承相关零件的尺寸问题。还对电机轴承的安装过程进行了检查,以排除电机轴承产生偏载的可能原因。
另请参阅 电机深沟球轴承终极指南
至此,我们讨论了因负载不正确而引起的电机轴承发热问题及其基本对策。电机轴承发热除负载外还包括许多因素,如速度、润滑、密封、轴承损坏等。
如前所述,除了轴承负载对发热的影响外,影响电机轴承发热的因素还有很多,其中转速是一个不可忽视的重要因素。在设计电机时,工程师必须确保轴承的实际转速处于轴承的容许范围内。转速过高和过低都可能导致轴承异常发热。
在讨论过高和过低速度的影响之前,我们需要一个参考标准。换句话说,相对于什么而言,什么被认为太高或太低?通常,综合轴承目录会提供额定转速值,包括油润滑额定转速、脂润滑额定转速、热参考转速和极限转速等概念。
首先,当电机的速度超过轴承的热参考速度时,电机轴承容易发热。有时这种加热会破坏轴承的热平衡,导致轴承烧毁。有时,会形成新的热平衡状态,这可能不会直接导致轴承烧毁,但会影响润滑等因素,从而缩短轴承寿命。
当电机的实际运行速度超过轴承的热参考速度时,在条件允许的情况下,首先要检查和调整轴承的选型。调整轴承的原则包括:
选择具有更高速度能力的轴承来替换当前过热的轴承。正如介绍轴承速度性能的文章中所解释的,一般情况下,相同内径和外径的球轴承总体上比滚子轴承具有更高的速度能力;单列轴承比多列轴承具有更高的速度能力。因此,更换轴承类型时可按此原则进行调整。
在同一类型的轴承内,轴承的直径尺寸也与其转速能力有关。因此,在能够满足电机轴承载荷要求的轴承中,调速能力的不足可以通过调整轴承的尺寸来改善。
通常,轻型系列轴承比重型系列轴承具有更高的转速能力,小直径轴承比大直径轴承具有更高的转速能力。然而,无论是更换轻/重系列轴承还是改变轴承直径,都应始终满足轴承承载能力要求。因此,除了检查转速外,还需要重新检查轴承的寿命。
在相同尺寸和类型的轴承中,不同的内部设计也会影响轴承的速度能力。通常,带有尼龙保持架的轴承比带有钢和黄铜保持架的轴承具有更高的速度;带钢保持架的轴承比带黄铜保持架的轴承转速高,冲压钢保持架的转速比机加工保持架高。该规则也适用于速度超过机械极限速度的情况。
本文阐述了当电机轴承的工作速度超过其热参考速度时调整电机轴承的原理和措施。事实上,当电机轴承的实际运行速度超过其热参考速度时,也可以通过改进润滑和散热方法来解决。
文中前面讨论了当电机轴承的实际运行转速高于电机轴承的热参考转速时,通过调整轴承的选型和尺寸来实现处理的原则和思路。
其实,从电机轴承热参考转速的定义中不难发现:当电机轴承的转速超过热参考转速但低于机械极限转速时,可以通过改善润滑和增强散热。
这可以防止轴承过早失效。冷却散热的调节主要是通过增加冷却介质的流量和降低冷却介质的温度来实现,例如电机冷却风扇的风量,或者通过增强冷却介质的散热来降低其温度。
这样,电机轴承温度的升高通过冷却介质温度的降低来平衡,从一种热平衡状态过渡到另一种热平衡状态。
针对电机轴承高转速引起的发热问题,可通过以下方式调整润滑:
首先,可以调节润滑剂的粘度。对于常用的电机润滑脂,可以减少润滑脂和基础油的稠度。这样减少了高速带来的阻力损失,有利于高速润滑。
其次,可以通过调整润滑量来缓解因高速而导致的电机轴承发热的问题。一般来说,在满足润滑基础的同时,适当减少润滑剂的用量有利于高速应用。
除了调整润滑油粘度和数量外,如果条件允许,还可以改变润滑方法来满足高速要求。例如,用油润滑代替脂润滑,用喷油润滑代替油浴润滑,用油雾润滑代替喷油润滑等。
综上所述,调整润滑虽然对适应高速电机轴承运行、降低轴承发热有一定的缓解作用,但有时也会存在一定的局限性。
例如,在实际工作条件下改变润滑方法通常具有挑战性。此外,采用调节润滑油粘度的方法只能在一定程度上缓解这一问题,而且这种调节也对润滑性能提出了挑战。
从上面的讨论中,我们了解了一些处理电机轴承实际运行速度超过其热参考速度的情况的方法。电机轴承产生的热量是其热参考速度的非常明显且直接的指示,提供了一定的缓解空间。
另一方面,当电机轴承的实际运行速度超过其机械极限速度时,轴承故障之前或期间可能会发生发热。此时,应通过对失效轴承的失效分析来识别特征信号,并且检查电机轴承速度将显示其超过机械极限速度。
虽然电机轴承的机械极限转速从根本上来说并不是由其发热来表示的,但它确实与发热有关系。而且,由于速度超过机械极限而造成的轴承损坏,一旦发生基本上是不可逆的。
因此,通过轴承发热,比较轴承参数或故障分析,当得出电机轴承转速超过机械极限转速的结论时,应从轴承选型等方面寻求措施。
前文提到,当电机轴承的实际运行速度超过轴承的机械极限速度时,在轴承崩溃之前或期间就会呈现出发热的状态。
从这个转速定义的内涵,不难推断出,一旦电机轴承转速超过机械极限转速,轴承各部件就在巨大的离心力的影响下经受着严峻的考验。
如果某个特定部件达到其强度极限并发生故障,则整个轴承将面临崩溃的风险。为了适应如此高的速度,可以考虑采取以下措施:
调整轴承类型,选择机械极限转速较高的轴承。一般来说,质量越小的部件在高速旋转时受到的离心力越小,因此遵循以下原则:
使用滚珠轴承代替滚子轴承;
将多列轴承替换为单列轴承;
选择较小尺寸的轴承而不是较大尺寸的轴承;
使用轻系列轴承代替中系列轴承;
用较轻的笼子替换较重的笼子;
使用更坚固的笼子而不是更弱的笼子。
在选择笼子时,不仅要考虑尺寸,还要考虑尺寸。对于某些速度,可能需要平衡力量和质量。例如,尼龙保持架重量轻,但强度较低,而机加工黄铜保持架强度较高,但较重。
另一方面,由于材料和制造工艺的原因,并非所有轴承都提供所有类型的保持架,因此电气工程师的选择有时会受到限制。
另外,保持架的选择不仅要考虑离心力,还要考虑其在轴承内部的相对位置和引导方式,这些都会影响轴承的内摩擦情况并产生热量。
常见的情况是由轴承套圈(内圈或外圈)引导的圆柱滚子轴承,当轴承转速ndm超过250,000时,适合油润滑,而不适合脂润滑。采用脂润滑很容易导致过热并产生青铜粉。
这些情况在电机厂的实际生产活动中普遍存在,因此初始轴承选型应引起足够重视。
到目前为止,我们已经讨论了由于转速过高而导致的轴承过热问题。实际上,当转速太低时,轴承也会发热。这是因为滚动体与滚道之间形成油膜需要一定的相对速度。
当轴承转速太低时,难以形成该油膜,从而无法建立适当的润滑机制,从而可能导致轴承过热。
当电机轴承以很低的速度旋转时,可进行以下调整:
调整润滑粘度:增加润滑脂厚度和基础油粘度有利于低速时形成润滑膜。
调整润滑脂添加量:低速工况下,电机轴承搅动润滑脂造成的阻力损失最小。这时,增加润滑脂的添加量,可以帮助形成油膜,而不会增加过多的阻力损失。
调整润滑油内的添加剂:当轴承的转速不足以形成油膜时,可使用某些极压添加剂和抗磨添加剂。添加极压添加剂可以使轴承在低转速下仍能实现滚动体与滚道的分离。使用抗磨添加剂可以防止滚动体与滚道之间的直接磨损。
当然,当轴承转速过低时,除考虑润滑外,在校核时还应更多关注轴承本身。除了轴承的疲劳寿命外,轴承的静载荷验证也成为关键,应根据验证结果对轴承进行调整。
前文讨论了电机高低速时轴承发热的可能原因。事实上,当电机轴承变速运转时,轴承内部的内摩擦和碰撞比较严重,导致额外的热量产生。
电机速度可变可能是由于频繁启动、单向速度变化或方向变化(称为往复运动)造成的。
两种情况略有不同。对于单向变速(包括频繁启动),如果出现电机轴承过热的情况,建议检查所选轴承是否适合这种情况。
对于变速情况,建议选择具有坚固保持架的轴承,如果可能的话,使用轻质、软材料保持架。这样可以减少变速时保持架与轴承滚子之间的碰撞,并减少由此产生的额外损坏和发热。
另一方面,选择含有抗磨添加剂的润滑脂可以减少速度变化期间轴承内各个部件之间滑动引起的摩擦、热量和磨损。
对于往复运动工况,需要对所选轴承进行额外验证,例如考虑轴承的静载荷计算,而不仅仅是轴承的额定疲劳寿命计算。
对于往复运动的轴承,选择含有极压添加剂的润滑非常重要,以在低速方向变化时保护摩擦表面。
至此,我们已经详细阐述了电机轴承发热故障树中与速度相关的内容。
除了前面提到的潜在原因外,电机轴承发热的另一个重要因素是润滑。由润滑引起的热状况有时会迅速发展,故障也会迅速发展,有时,即使振动发生微小变化,也可能出现发热等症状。
在诊断润滑不当的电机轴承中的过热情况时,请考虑以下几个方面:
1.润滑剂选择不合适,
2.润滑方法不当,
3、润滑油路设计有缺陷。
这是需要调查的三个主要领域。
电机轴承润滑设计包括润滑方法的选择、润滑油粘度和润滑油添加剂的选择。
电机轴承润滑方式的选择应根据实际运行要求而定。不同的润滑方法会导致轴承中不同程度的内部阻力损失,从而导致不同的加热条件。
按照发热量由大到小依次为:油气润滑、喷油润滑、油浴润滑、脂润滑。油气润滑具有更精确的润滑位置,适当控制润滑量,使轴承内部阻力损失最小。但该系统相对复杂,需要一定的控制标准。
喷油润滑比油气润滑使用更大体积的润滑剂,导致轴承发热相对较少,并且喷油具有一定的冷却功能。相应地,喷油润滑需要特定的油路设计和润滑控制能力。其相对复杂,成本较高。
油浴润滑的油路结构和控制结构比喷油润滑简单,但零件搅拌润滑的工作量较大。该润滑油具有一定的冷却作用,常用于变速箱和大型电机。
脂润滑是电机轴承最常用的润滑方法。其油路设计简单,性价比高。然而,与其他两种方法相比,轴承搅拌润滑的阻力损失较高。
不同的润滑方式有一定的适用范围,在这些范围内,调节润滑介质有助于减少相应的摩擦和发热。然而,如果操作条件超出此范围,则需要改变润滑方法。
上一节讨论了电机轴承在加热过程中选择润滑方法时的一些检查和注意事项。相应地,电机轴承润滑剂的选择对轴承发热有显着影响。
通过这些知识,我们了解到选择电机轴承润滑剂的主要目标是其粘度。纯粹从减少电机轴承润滑发热的角度来看,降低润滑剂的粘度有助于减少轴承运行过程中的阻力损失。因此,可选择满足润滑要求的低粘度润滑脂,以及低基础油粘度的润滑剂。
这里需要强调的是,降低润滑剂的粘度仍然必须满足电机轴承的基本润滑需要。在这个需求范围内应该减少。否则,电机可能会因润滑不良而发热和轴承损坏。
此外,在选择合适的润滑油粘度后,还必须考虑添加剂的选择,尤其是在特殊速度的情况下。对于低速情况,极压添加剂是必要的。二硫化钼常作为极压添加剂用于通用发动机。
但在电机轴承转速较高的情况下,不能继续使用二硫化钼,因为它可能会导致电机轴承内部磨损和润滑不良。这是因为,在高速下,二硫化钼可能在磨粒磨损中充当磨粒。
当电机轴承的内部润滑方式、润滑油粘度和添加剂选择适当时,电机轴承就不会发热。然而,除此之外,润滑的应用也会影响电机轴承的发热。
润滑的施用包括施用量、施用时机和施用方法。
如果电机轴承中加入过多的润滑脂,轴承的旋转会因润滑脂的搅拌而发热。因此,当电机轴承发热时,有必要检查润滑脂量。
除了润滑脂过多导致轴承发热外,润滑不足也会导致轴承内部摩擦副通过接触而升温。在这种情况下,首先应检查电机轴承的初始润滑脂量,以确保满足润滑需求。
如果初始润滑脂量充足,但轴承内部残留润滑脂不足,则电机运转时可能会出现漏油现象。应调查泄漏原因。如果泄漏是由密封件引起的,则应进行修理。
对于立式电机来说,由于重力的作用,不可避免地增加了漏油的风险。除了检查是否有泄漏外,还需要监测和调整补充润滑,以确保轴承内剩余的润滑脂满足润滑需要。
电机润滑量不仅应在初始润滑时进行监控,而且还应在补充润滑时进行监控。补充润滑不足也会导致电机轴承内部缺油。
通常,定期补充润滑的间隔和数量应根据润滑验证计算进行调整。对于连续润滑系统,应调整连续润滑油注入量。
如上所述,电机轴承过热的原因之一是润滑量问题。润滑过度和不足都会导致电机轴承发热。
事实上,润滑补充不当最终会导致轴承内润滑过多或过少。润滑过度或不足的讨论主要涉及初始安装期间润滑量不当。本节涉及润滑补充部分。
首先,我们要考虑补充润滑油的时机。一般来说,工程师会根据轴承的类型和使用条件来计算和选择电机轴承补充润滑的时机。
补充润滑时间应满足电机轴承运行的润滑需要。然而,许多特殊的操作条件需要调整润滑补充时间。
例如,对于立式电机,标准重新润滑间隔通常减半;在振动环境中,标准再润滑间隔也应减半。手册中相应的润滑补充部分讨论了许多需要调整补充润滑时间的情况。
当现场电机轴承出现过热,需要检查润滑间隔时,应注意这些因素。
检查时除了考虑补充润滑时机的问题外,还应考虑补充润滑的数量。至于润滑补充量,可参考手册中相应的计算公式,此处不再赘述。
现场维护人员对电机轴承补充润滑油时应严格遵守此数量。应避免添加不足。
如果现场添加过多的润滑脂,应打开排油阀,让多余的润滑脂流出,从而防止轴承内部润滑脂过多造成过热。如果电机轴承润滑采用连续注油系统,在当前润滑条件下出现过热现象,可适当调整连续注油量。
在检查电机轴承的润滑补充情况时,还应检查补充润滑的方法。
一般来说,设备低速运转时应尽可能添加润滑。添加时应保证所添加润滑脂的相容性。混合前应检查不相容的润滑脂的相容性,以确保润滑脂的性能。
另一方面,在给电机轴承补充润滑时,如果新润滑脂与电机轴承的温度相差较大,则应适当加热新润滑脂,特别是对于高速运行的设备。
这是因为润滑脂的粘度一般随着温度的降低而增加,温差较大的润滑脂其粘度差异较大。这种试图快速达到运行状态的冷油脂混合物可能会导致润滑不良。
给电机补充润滑时,尽量在电机低速运转时添加润滑。如果电机无法减速,应在电机停止时补充润滑。
如果电机无法减速或停止,应在润滑脂温度相同的前提下缓慢添加润滑。这种方法最大限度地减少了新添加的润滑脂的影响。
前面我们讨论了电机轴承过热问题的润滑部分中润滑剂用量的一些问题。事实上,由于润滑不良而导致的电机轴承过热问题有时可能与润滑油路有关。
与油路相关的电机轴承润滑不良主要涉及几个方面:
1、进油道不畅通。
2、出口油道通畅。
3、油路设计不合理。
4、抛油环有问题。
对于需要补充润滑的电机轴承,电机设计应在底座上包括一些润滑油道。通常,电机外壳或端盖上有注油孔。从注油孔到轴承的路径是电机轴承润滑补充油路。有时这些油路是由端盖和壳体共同组成的,组装设计后应保证其通畅。
另请参阅 弧焊逆变器终极指南
使用过程中还应保证从油嘴添加的润滑油能定期进入轴承。否则,无法进行所有进一步的润滑,导致无法补充电机轴承润滑,从而导致润滑退化和轴承过热问题。
电机轴承运行时除了要求有光滑的进口油道外,还需要有光滑的出口油道。当设计需要补充润滑的电机时,会在电机外壳或端盖上设计出油口。
从轴承到出油口的油路是电机轴承的泄油路。排油路需要畅通无阻,以保证电机轴承能够通过排油路排除多余的油脂。
在实际工作情况中,因出油口设计不当、排油路堵塞而无法排除多余油脂而导致电机轴承过热的情况并不少见。
电机轴承油路的合理设计也是保证电机轴承润滑的关键。如果油路设计不当,可能会因补充的润滑油无法进入轴承而导致轴承过热。
因此,在检查新设计电机的轴承过热情况时,还应检查电机轴承油路设计的合理性。这里的关键因素是确保润滑油路经过轴承,而不是与轴承呈“旁路”关系。
在一些中、大型电机中,使用油脂润滑时,常设计有抛油环。这里,抛油环也是电机轴承润滑油路的一部分。当检查过热的电机轴承的润滑油路时,也应进行检查。
常见的抛油环设计不当包括抛油环尺寸不当、抛油环与电机轴承距离不当、抛油环出口尺寸不当等。这些设计因素都会影响抛油环的运行效率。
前文讨论了电机轴承润滑对轴承发热的影响。另一个影响因素是轴承的密封。密封件的主要目的是保护轴承、防止润滑剂泄漏等。密封件包括非接触式密封件和接触式密封件。
密封唇与接触面的接触越强,密封效果越好。
然而,接触力和相对运动产生的摩擦力会更大,导致产生的热量更高。反之,接触越弱,密封效果越差,因接触力和相对运动而产生的摩擦和热量就越少。密封件的选择和应用通常涉及发热和密封性能之间的平衡。
在一般轴承应用中,密封件包括接触式和非接触式。非接触式密封件通过唇形设计确保密封性能。由于没有接触力,因此唇部接触几乎不会产生热量。
轻接触式密封比非接触式密封具有更好的密封性能,但由于密封唇会与密封区域接触并相对摩擦,因此轴承运转时会产生一些热量。
因此,如果电机运行时轴承温度受密封影响较大,应考虑在保证密封性能的同时减小接触力,从而减少密封唇产生的热量。
总体而言,该策略包括使用防尘盖(非接触式密封)代替轻接触式密封,使用轻接触式密封代替重接触式密封,或采用特殊的密封结构。
而且,密封件的安装会影响唇部接触,影响密封件的密封性能和发热。对密封件的最大影响来自于其偏心度。
对于带密封件的轴承,轴承的偏心距受到轴承自身结构的限制。当轴承偏心时,轴承内部摩擦产生的热量往往很高。
但对于调心轴承来说,轴承本身的结构允许一定程度的偏心,在轴承结构余量内的偏心可能会造成轴承密封无法承受的偏心状态。这种情况经常发生在带密封的调心滚子轴承的应用中。
故障诊断时,如果发现轴承密封部位发热,可检查故障密封件的密封唇,找出磨损位置。根据磨损情况,可以获得轴承安装偏差的信息,从而推断故障原因并排除故障。
轴承污染是电机轴承发热的另一个重要因素。我们知道轴承密封件是保护轴承免受污染的关键部件。因此,在诊断轴承污染引起的轴承发热时,还应首先检查轴承密封的状况。
由于密封件损坏而导致污染物进入轴承而引起轴承发热的情况与密封件密切相关。因此,后续的介绍将首先讲解密封件损坏时诊断轴承热故障的方法。
轴承密封的损坏包括轴承密封唇的均匀磨损、轴承密封唇的不均匀磨损和轴承密封非唇部的损坏。
文本讨论了轴承密封件的损坏可能会使轴承内部面临潜在的污染。这种损坏包括轴承密封唇部和轴承密封件的其他非唇部部件的磨损。
密封唇的磨损包括均匀磨损和非均匀磨损。
一、轴承密封唇均匀磨损:
对于接触式密封件,轴承密封件的唇部通常与密封面均匀接触,在轴承运行过程中产生摩擦和热量。良好的密封设计通常会在密封效率和热量产生之间取得平衡。
一般情况下,密封件工作时产生的热量不应过多。但如果密封件出现严重发热和均匀磨损,则可能是由于以下原因造成的:
相关部件的尺寸偏差。例如,轴或轴承内圈的尺寸可能超出公差,导致密封唇处的接触力过大。在这种情况下,应调整各个部件的尺寸。
相关部件的表面粗糙度过大,从而增加密封唇处的摩擦和磨损,导致额外的热量产生。
相关零部件的形状、位置尺寸偏差。例如,轴的不圆度导致密封唇磨损。
这些问题需要对轴及相关部件进行处理以消除故障。
另外,密封件选择不当也会导致密封唇的磨损。均匀磨损的潜在原因包括:密封件的转速性能不满足实际应用要求;密封件的耐腐蚀性不能满足实际应用的需要;密封件的温度性能不能满足实际应用要求。
通常,密封件根据其唇部和轴之间的摩擦关系具有相应的应用速度要求。如果轴承速度超过此要求,可能会导致密封唇磨损。当轴承密封的其他因素正常时,这种磨损表现为均匀的唇部磨损。
常见的轴承密封件一般采用橡胶材料制成。如果密封件的工作环境含有腐蚀性气体或液体,会导致橡胶材料变质,有时会软化或开裂。如果发生软化,唇部可能会出现类似的均匀摩擦损伤。
另一方面,轴承密封件具有特定的工作温度范围。当实际使用温度超过此范围时,密封件可能会软化,并且在相对运动过程中唇部可能会出现均匀的磨损痕迹。
除了密封件工作环境的影响外,安装和使用过程中的不当做法也会对密封件造成不必要的磨损,导致相关轴承部件过热。
例如,如果轴承维护不及时且轴承密封件已经老化,密封件的损坏会导致额外的磨损、发热和漏油。安装不当会导致额外的密封件磨损,还会导致产生过多热量等问题。
前面的讨论涉及电机轴承密封件均匀磨损引起的电机轴承发热问题。现在我们来讨论一下密封唇磨损不均匀的情况。
电机轴承密封件的不均匀磨损会导致润滑剂泄漏并促进污染物进入,这两种情况都会导致电机轴承过热。相应地,电机轴承密封件的磨损不均匀的摩擦区域也会产生额外的热量,导致电机轴承过热。
电机轴承密封件的不均匀磨损主要可能是由于密封件本身安装或维护不当或与相关零件相关的问题造成的。
首先,在密封件安装过程中,如果密封件本身与轴轴线之间存在平行或角偏心,则密封唇将无法与相应的接触区域正确对齐。这将导致唇缘的一部分施加过大的接触压力,而另一部分则施加很小的压力。唇部的高压部分会随着轴的旋转而磨损,并在此过程中产生大量热量。
在这些情况下,唇缘和旋转部件之间的接触压力比正常情况下更大,导致产生更高的摩擦热。另一方面,在密封唇接触压力较低的情况下(在垂直于不对中的方向上),密封唇可能根本不接触旋转部件,或者可能轻轻地接触它。
这里,接触压力较低,从而产生较少的摩擦热,相应地,磨损也较少。因此,轴承运行一段时间后,轴承密封唇会出现不均匀磨损。
密封件与轴轴线错位的另一种可能性是由于零件生产过程中的问题造成的。这些问题大多是由相应零件的形状和位置公差不良引起的。(请注意,这与上面讨论的均匀唇缘磨损的情况不同,其中零件生产问题主要是由于尺寸公差造成的)。
尤其是当这些形位公差导致零件装配后产生偏心时,其因果关系非常直接。在这些情况下,应检查安装后轴与轴承座的对中情况。相关尺寸包括轴承轴肩、端盖止动件、轴承座的同心度等。
到目前为止,我们已经讨论了电机轴承温度过高时密封件磨损的检查。事实上,除了唇部之外,密封件本身的损坏也会影响轴承。这种损坏可能发生在唇缘摩擦接触表面之外,可能发生在框架或唇缘区域上。
这种损坏可能包括:由于安装或维护不当而造成的密封件损坏、干涉造成的损坏以及密封件旋转造成的损坏。
上一节讨论了电机轴承密封唇部不均匀磨损的问题,这可能导致电机轴承发热。在本节中,我们将深入研究电机轴承密封件的损坏情况。
除了电机轴承密封唇部的磨损(均匀和非均匀)之外,如果密封件的其他部分损坏,密封件的性能也会受到影响。这也会改变密封唇的接触。通常,损坏的密封件在运行一段时间后,其唇部会出现异常磨损。
因此,电机轴承密封件的唇部磨损和密封件其他部件的损坏可能会同时发生。尽管在我们的系列文章和思维图中单独提到了这一点,但读者不应将这些实例视为完全孤立的事件。
电机轴承密封件常见的损坏包括密封件变形、密封件与其他部件干涉、密封件旋转等。
首先,电机轴承在储存、运输、安装等相关过程中,处理不当可能会导致密封件损坏,导致变形或划伤。众所周知,电机轴承密封通常为骨架密封,内部为钢骨架,外部为橡胶材料。
典型轴承密封件的钢骨架是薄钢板,在外力作用下会发生塑性变形。一旦密封件骨架变形,必然会影响密封唇的接触,损害轴承的密封性能,并可能导致油脂泄漏或污染物进入。
这可能导致电机轴承在运行过程中过热。另一方面,电机轴承密封件损坏后唇部接触不良也会导致不良的摩擦和热量,这是电机轴承高温的另一个来源。最后,如果这种变形导致与电机轴承周围部件的干涉摩擦,则可能导致额外的热量和局部温度升高。
其次,如果密封件与周围轴承部件之间的位置关系不当,可能会导致潜在的干涉。一旦发生干扰,可能会损坏密封件或参与干扰的其他部件。
在此情况下,应检查轴承与周围部件的位置关系,消除过盈摩擦产生的热源。
第三种常见的密封损坏类型是密封旋转。轴承密封本身应在唇部与旋转部分有相对运动和摩擦。然而,如果这种相对运动发生在密封件的安装部分,则表明密封件和安装部分之间发生旋转。密封唇的摩擦和发热在密封设计时经过设计和优化,并在正常范围内允许。
然而,密封件的固定部分不应该与固定部件发生相对运动,因此固定部件之间的相对运动产生的额外热量是显着的。此时,应检查轴承密封固定部分和密封件本身的公差,以确保固定可靠,避免因旋转而产生额外热量。
我们之前讨论了与电机轴承本身无关、可能导致其过热的各种因素,以及确定这些问题的逻辑。
从广义上讲,轴承的状况通常可分为外部观察和内部观察。当电机轴承开始发热时,将其拆开进行内部检查,根据内部痕迹解读表面状况,这是轴承应用工程师常用的“故障分析”方法。
事实上,大多数轴承故障都会或多或少地引起异常发热。因此,故障分析是诊断电机轴承过热的常用方法。另一方面,对电机轴承进行故障分析通常需要拆卸,有时这是不可逆的并导致轴承无法使用。
因此,在诊断电机轴承过热时,在评估其他外部因素后,通过拆卸进行故障分析通常是最后的手段。
事实上,轴承的失效分析具有非常直接的属性。正确运用故障分析知识进行故障排除,可以为轴承内部运动状态提供最直接的证据。因此,这个方法是根本性的、基础性的。一些文献将其称为“根本原因故障分析”或 RCFA。
在电机轴承过热问题的故障树中,电机轴承的内部故障分析是一个重要的分支。与轴承内部滚动体和滚道相关的观察被置于电机轴承内部温度过高的分支下。
这里,内部温度过高是指过热的根源在于轴承内部。当根据颜色评估电机轴承的热分布时,可以看到内部温度高于外部温度,颜色的变化表明了这种差异(请参阅书中的相关表格来解释不同的轴承颜色)。
相比之下,电机轴承的温度分布是由外向内。换句话说,电机轴承可能会受到外部热源的影响;工作时外部温度可能高于内部温度;轴承可能内部运行正常,但外部状态异常。
在这种情况下,有必要识别外部热源。如果电机轴承运行时存在外部热源,导致运行温度高于正常,一般的解决办法是消除外部热源,或将轴承与其隔离。
这可以防止轴承内部温度过高而影响润滑和轴承运行。
另一个潜在的外部热源可能是外部组件的干扰。可以从各个部件上的干涉痕迹和变色中找到线索。通过消除干扰,可以解决热源,轴承温度将恢复到正常水平。
前面的讨论讨论了电机轴承因损坏而过热的诊断。我们已经介绍了排除内部轴承温度过高或外部热源的过程。
现在,我们重点关注轴承及其相关部件在运行过程中产生热量的问题。这是一个常见问题,称为电机轴承蠕变。
电机轴承是连接电机定子和转子的机械部件。例如,考虑感应电机。轴承的内圈通常连接到转子,保持固定的相对位置,而外圈连接到定子,也保持固定的位置。
当电机开始旋转时,轴承内、外圈之间的相对旋转由轴承内的滚动体促进。
因此,电机轴承的外圈与定子、内圈与转子应保持相对固定。如果发生相对运动,这就是我们通常所说的电机轴承蠕变。根据电机轴承中蠕变的位置,一般分为内圈蠕变和外圈蠕变。
首先,我们考虑电机轴承的内圈蠕变。在感应电机中,电机轴承内圈与轴之间的配合公差通常为紧配合,包括部分过盈配合和过渡配合。
通常,当电机轴承内圈与轴之间发生相对位移时,就会发生电机轴承内圈蠕变。这种相对位置的变化不应发生在过盈配合或过渡配合的情况下。
因此,如果电机轴承发生内圈蠕变,应进行以下检查:
首先,检查轴的尺寸。假设正确选择了电机轴承部分的公差配合,如果检测到内圈蠕变,请首先检查电机轴的尺寸。
如果轴的尺寸超出公差(通常是尺寸过小),可能会导致电机轴承内圈与轴之间的配合过松,从而导致蠕变的可能性。(一般情况下,一旦发生轴承蠕变,轴截面的测量尺寸将小于蠕变之间的尺寸,因为轴已经经历了磨损。
此时安装前检查测量记录会更可靠。)
其次,检查公差配合的设计是否合适。
第三,检查相应部件的材质。
如前所述,当电机出现轴承内滚道问题时,需要检查相关零件的尺寸,如上面第一点所述。在此阶段,检查合理设计内组件的质量。
零部件质量检验的前提是正确的设计。因此,在诊断电机轴承故障时,有时需要在部件质量的同时验证相关设计的正确性。解决电机轴承滚道问题的任务是选择合适的公差配合。本部分重点讨论公差配合的选择是否合理。
然而,通常影响公差配合选择的特殊操作条件很容易被工程师忽视。例如,振动条件、往复旋转等。在这些情况下,有必要调整公差配合,而不是仅仅依靠传统的配置。这部分往往是检查的重点。
除了内滚道外,电机轴承最常见的问题是外滚道。外滚道故障的检查方向与内滚道故障的检查方向没有显着差异。它还包括检查轴承相关部件的尺寸(加工质量)以及轴承与相关零件之间的配合。
工程师的重点是考虑与外滚道故障相关的轴承公差配合选择。
首先,材料问题。一些电机轴承座由铝制成。由于热膨胀系数不同,电机发热时轴承座与外滚道松动,导致外滚道故障。
常见的解决方案包括防止滚道问题的措施,例如使用 O 形圈、轴承胶,甚至运动止动设计。最常用的解决方案是 O 形圈设计。
其次,除了材料影响外,不同的工作条件也有影响外滚道公差配合的特定要求。例如,振动条件、往复操作、频繁启动、垂直安装等。
在这些条件下需要调整公差配合。如果采用卧式电机的普通公差配合,很可能会出现外滚道故障。
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