电机运转异响和轴承温升过高的原因分析及处理措施.pdf

制造与工艺收稿日期2023-04-11作者简介陈金刚(1974),男,高级工程师,从事低压电器设备的设计、选型、检测和故障分析工作。电机运转异响和轴承温升过高的原因分析及处理措施陈金刚,刘宝芳,韩多峰(德州恒力电机有限责任公司,山东德州 253002)关键词滚动轴承;轴承异响;工作游隙;润滑脂;公差配合;轴电流摘要介绍了电机运转过程中轴承及运转系统出现异响和轴承温升过高的原因及处理措施。对影响轴承温升的轴承与轴承台和轴承套的配合公差、轴承润滑脂的加注量与实际操作的可执行性、轴承电蚀、密封摩擦和轴承装配质量对电机轴承温升的影响进行分析。中图分类号 TM307 文献标识码 A 文章编号1004-9118(2023)03-0016-03DOI:10.14023/ki.dqfb.2023.03.005Analysis and Treatments for Motor Operation Noise and High Temperature of Bearing Chen Jin gang,Liu Bao fang,Han Duo feng(Dezhou Hengli Electrical Machinery Co.,Ltd.,Dezhou Shandong 253002)Key words:rolling bearing;bearing noise;working clearance;lubricating grease;tolerance fitting;shaft currentAbstract:It introduces the reasons and treatments of motor operation noise and bearing high temperature during normal operation.The impact of tolerance fitting,lubrication,corrosion,sealing friction,and assembly quality on the temperature rise of motor bearings are analyzed.0引言电机运转过程中,如果各相对运动的部件之间配合得当且润滑良好,运转声音均匀,则轴承温升正常;如果配合不当且润滑不良,电机运转声音会出现异常,产生异响,进而引起电机振动,轴承温度升高。电机运行时,标准规定滚动轴承外圈允许温度不超过 95 ,如果轴承运转温度持续超过 90 ,需要分析具体原因,采取适当的控制措施,避免轴承因温度过高,造成过热损坏。1电机运转时产生异响的原因及处理措施电机正常运转时产生的异常声音主要表现在两方面,一是轴承本身的异常声音,即轴承响,轴承的滚动体撞击内外滚道或保持架的声音;二是油封或 V 封与轴或 V 封槽摩擦产生的异常声音,或端盖组装配合引起的异常声音,即配合响。轴承本身的异常声音一般是由于轴承润滑不良,轴承本身质量不良或装配过程中轴承损伤引起,可通过加注润滑脂改善轴承的润滑状况或更换轴承来解决。油封与轴、V 封与 V 封槽之间摩擦产生的异常声音是由于接触摩擦部位粗糙度偏大,相互接触部位润滑不良导致1。对此,可在电机轴与骨架油封接触面均匀涂抹一层轴承润滑脂,如图 1 所示。61电气防爆 2023 年 6 月第 3 期图 1电机轴面抹油示意图或在骨架油封装配前,在油封唇口之间的凹槽内涂抹适量轴承润滑脂,防止电机启动运转时,对骨架油封的唇口造成干摩,产生异响。V 封在装配前,先在电机两端轴面涂抹半圈轴承润滑脂,再装 V 型密封圈,运转时,在 V 封和 V 封槽之间形成良好的油膜,可减少摩擦,消除异响,如图 2所示。对于端盖组装配合引起的异常声音,一般是零部件在装配过程中,端盖和机壳之间配合不当,存在应力所致,可通过敲击端盖消除应力或重新拆装,更换端盖等方法消除异响。图 2V 封装配后形成良好的油膜示意图2电机轴承运转温度过高的原因分析和处理措施2.1零部件配合公差对轴承游隙和运转温度的影响电机轴承运转时的游隙,受关联零部件配合公差影响大。电机稳定运行时,深沟球轴承的工作游隙为零游隙或略有预紧状态的负游隙,圆柱滚子轴承的工作游隙应为正游隙。在电机运转过程中,轴承会因过盈配合,工作游隙减小,或因配合间隙过大,轴承跑圈,导致电机轴承过早损坏2。根据轴承的原始游隙,设计要求轴承与轴采用过盈配合,轴承台公差为 k6 或 m5,当 k6、m5 出现上差而所选轴承径向游隙较小、内圈公差较小时,径向配合相对较紧,装配后其径向游隙将减小。热态运行时,内圈膨胀较大,导致轴承运转游隙减小,此时轴承外圈须放松,通过外圈膨胀减小负游隙。轴承的径向配合包括轴承内圈与轴的配合,轴承外圈与轴承套的配合。当采用标准组或较小径向游隙组轴承时,轴承外圈与轴承套的配合多采用 H7,径向存在间隙,配合较松。当轴承台公差为 k6,接近或超出下差时,如果轴承内圈为上差,轴承会产生轴向窜动,造成轴承温度高。如果轴承与轴承台的配合过盈量太小,轴承内圈在载荷作用下旋转,轴承内圈与转轴之间产生有害滑动,损伤轴或轴承,也容易引起轴承发热、振动。当外圈配合公差为 H7 时,轴承台取 k6 中差或m5 中下差,轴承与转轴保持适当过盈量,径向游隙不会受到太大影响,轴承运转正常3。2.2轴承润滑不良造成轴承异响或温升过高的原因及处理措施良好的润滑是电机轴承安全持久运行的保障。电机轴承润滑脂与使用工况不匹配,因热降解或因冷结块,润滑脂添加过多或过少,均会造成轴承润滑不良,产生异响或温升过高。开放式滚动轴承装配过程中,须在轴承两侧及内部涂抹润滑脂,以减少滚动体和运转轨道之间的摩擦,与滚动体、保持架和运转轨道一起构成轴承运转系统。润滑脂过多导致轴承发热,过少导致轴承容易出现异响,起不到润滑作用,同样会发热,所以需要控制油脂加注量。一般规定 2 极电机油脂的加注量为轴承润滑系统可填充空间的 1/2,4 极及以上电机润滑脂的加注量为轴承润滑系统可填充空间的 2/3,但实际可操作性差,现场大多根据具体情况,依据个人装配经验确定添加量,量化指标不明确。为明确润滑脂加注量的可操作性,可依据不同规格轴承润滑系统的空间体积,对需加注润滑脂的量,进行指标量化,润滑脂添加量可参照表 1 的推荐值进行加注。同时润滑脂必须保持洁净,避免污染,不得混入杂质。密封轴承注意保存期限和保存环境的适宜性,超期和油脂变质的轴承不允许使用。表 1普通开放式滚动轴承润滑脂加注量推荐表轴承型号6 3096 3116 3126 3146 315注脂量/克6090110110200轴承型号6 3166 3176 3186 3196 320注脂量/克200200300300400轴承型号6 3216 3226 3246 3266 328注脂量/克4006006008001 000注:表中润滑脂加注量是指轴承及内外盖润滑脂加量之和71制造与工艺电机运转异响和轴承温升过高的原因分析及处理措施轴承润滑脂加注过多或过少,运转时均会造成轴承温度高。通常情况下,润滑脂添加过多,轴承运转温度会持续上升,过多的润滑脂被排出,不再参与运转时的润滑,过多的润滑脂排出,运转稳定后,轴承温度达到最高点,维持不变,一般比正常运行温度高 10 15 左右,然后逐渐下降,稳定在正常温度运转。如果轴承加注过多的润滑脂不能及时排出,轴承温度会持续上升,当轴承温度达到润滑脂的允许温度时,润滑脂流失,会造成润滑不良,轴承损坏。油脂选用不当或过少时,不易形成均匀的润滑油膜,无法减少轴承内部摩擦及磨损,轴承温度会持续升高,如果不能及早发现停机,轴承会因过热而报废。润滑不良的轴承,如果不能及时处理,最终会因过热烧蚀而报废。2.3轴电流引起的电蚀导致轴承烧蚀和密封圈摩擦引起的轴承温度高变频条件下使用的电机,以及大功率和高电压电机,会产生大小不同程度的轴电压。当润滑剂的绝缘性能无法承受轴电压时,定、转子之间存在的轴电压形成闭合回路,会在轴承上流过轴电流,较大的轴电流对轴承系统零部件造成烧蚀。轴承烧蚀初期表现为轴承杂音,异响并伴有发热,短时间内,会导致轴承系统严重故障。对此,应在设计和制造阶段采取必要措施,通过采用绝缘轴承或嵌套绝缘护层,采用等电位连接,选择质量较好的变频器等措施,尽量避免轴电流烧损轴承的现象发生。为提高电机的防护性能,电机转轴系统一般采取轴向密封,通过 V 型密封圈与轴承外盖弹性挤压接触或油封与轴紧密接触,提高转轴系统的防护性能。因轴向装配位置差异,密封圈材质影响,接触部件尺寸超差,摩擦接触面粗糙度超标,致使密封圈与接触面过度摩擦,热量聚集,造成轴承温度过高。对此,首先选择质量稳定的密封件,同时对各接触面的粗糙度和形位公差严格控制,对不符合要求的摩擦接触面及时进行修复。3轴承的安装检查及轴承径向配合游隙的影响轴承安装过程中,轴承内径与轴、轴承外径与外壳的配合是关键,当配合过松时,配合面会产生相对滑动,磨损配合面,损伤轴或外壳,磨损粉末会侵入轴承内部,污染油脂,造成润滑不良,轴承发热。配合过紧,过盈量过大时,会导致轴承外径变小或内径变大,减小轴承内部游隙。轴承间隙过小,由于润滑脂在间隙内摩擦损失大,同样会引起轴承发热,同时,油量减小,来不及带走摩擦产生的热量,会进一步提高轴承的温升。轴承间隙过大,会改变轴承的动力特性,引起转子运转不稳定。因此,需要针对不同设备和使用条件选择核实轴承间隙,充分考虑轴承与内、外圈的配合情况、负荷的性质、大小、环境和运转温度条件、内外圈的旋转状态等各种因素4。轴承运转温升过高时,首先判断轴承润滑系统是否良好,检查润滑油脂是否出现变质、结块、混入杂质等不良状况。其次,检查轴承是否损伤,确认轴承内外圈、滚动体、保持架表面的光洁度是否良好,有无裂痕、锈蚀、脱皮、凹坑、过热变色等缺陷,测量轴承游隙是否超标,如果出现上述损伤或轴承游隙超出标准,应及时更换轴承,电机用滚动轴承游隙磨损极限值见表 2。表 2轴承游隙磨损极限值表轴承内径/mm20303550558085120极限磨损游隙/mm0.100.150.200.304结束语导致轴承运转异响、轴承温升过高的故障因素,既有轴承本身质量原因,又有装配零部件的机械配合,润滑脂选用和加注量等方面的影响,同时还有电气方面的轴电流干扰。遇到轴承温升过高或运转异响时,要结合具体使用运转情况,查找问题根源,采取适当的方法,排除故障隐患,保证电机轴承运转系统安全稳定运行。参考文献1陈金刚,黄莉明,张红枝.三相异步电动机滚动轴承装配和运行故障解析J.船电技术,2019,39(06):20-22.2陈金刚.电动机滚动轴承和润滑脂及故障预防J.电机技术,2014(02):54-57.3陈金刚.中型低压大功率电机轴承温升测试及修理措施J.中国修船,2011,24(06):28-30.4仲丛华.轴承安装与维护保养措施J.黑龙江科学,2022,13(02):68-70.81电气防爆 2023 年 6 月第 3 期