1、大型電機的軸承配置
軸承的主要功能是在旋轉的同時,傳遞載荷,所以無論是小電機還是大電機,無非就是軸承需要傳遞的載荷不同,那么最終導致的就是軸承的尺寸或者形態發生改變。大型電機使用的更多的是滾動體接觸為線接觸的軸承。例如:圓柱滾子軸承,球面滾子軸承,以及球面滾子推力軸承等。

上圖所示是大型臥式電機的一種軸承配置。上圖左側所示是固定端軸承,一般選用球面滾子軸承,也叫做調心滾子軸承;上圖右側所示是浮動端軸承,使用同樣的調心滾子軸承,或者圓環滾子軸承。

對于垂直軸大型電機來說,可能會用到一個電機工程師不太熟悉的軸承。上圖中浮動端軸承是我們非常熟悉的調心滾子軸承;對于對中不敏感的電機,也可以選擇圓柱滾子軸承。而固定端選用的是調心滾子推力軸承,一個類似圓錐滾子,但是又具有調心能力的軸承。
從上面兩種配置來看,大型電機的軸承在選擇時,考慮的更多是承載能力。線接觸(截面)的軸承因為滾動體與滾道的接觸面積較大,承載能力相應就比較高,所以比較適合用在載荷較大的應用中。但是,軸承的承載能力與轉速性能是硬幣的正反面,在常規的軸承設計中,承載能力越大,勢必轉速性能就會下降。
圓柱滾子軸承相對常見,昌暉儀表著重跟大家聊聊另外兩個軸承,球面滾子(或者我們更喜歡把它叫做調心滾子)軸承,和球面滾子推力軸承。
2、球面滾子軸承(調心滾子軸承)
顧名思義,這個軸承是可調心的。那么什么叫“可調心”?并不是說軸承本身的尺寸中心或者承載中心能調整,而是說,軸承可以使用在具有一定偏心情況的應用中,又不影響軸承正常的功能。
旋轉機械的理論狀態是,旋轉軸的軌跡為一條直線。但是實際工況下,第一,電機各個零部件存在加工誤差和安裝誤差;第二,電機的重力以及磁拉力作用;第三,電機的轉軸并不是理想的鋼體,彎曲變形都是會發生的,這些導致轉軸的實際軌跡可能是個紡錘體,或者沙漏型。
變形的轉軸會在軸承上產生額外的軸承內部載荷。比如,當軸承選擇的是圓柱滾子或者深溝球軸承時,除了包括轉子重量和磁拉力的外部載荷以外,軸承還受到了稱之為“內部載荷”的,由于軸變形,而產生的額外載荷。
這種載荷,是設計師在選擇軸承時沒有考慮到的,或者說理論上是無法作出準確計算的一系列載荷中的一種。因此,這種“未考慮”到的載荷作用在軸承上,可能導致的是軸承提前失效,或者超過設計預期的其他磨損。
但是調心系列的軸承(Self-aligning),最大的作用就是可以將偏心在軸承內部抵消,使軸承即使在偏心情況(一定范圍之內)下運行,也不損失正常功能。而這一系列的作用,都是通過特殊的滾動體和外圈滾道接觸面的設計來達到。通俗點講,這種軸承的外圈滾道是“通過球體大圓”的一部分。

這種軸承有非常良好的調整偏心的性能,但是這種軸承是為數不多的具有兩列滾動體的設計。因此,雖然該軸承能夠同時承受軸向載荷和徑向載荷,但是兩個方向載荷的比例,是決定載荷在兩列滾動體上分布的先決條件,至于如何分布,昌暉儀表后續會在單獨的章節里跟大家詳細討論。
3、球面滾子推力軸承
從名稱上就能看出來,這個軸承最主要的作用是承受推力載荷,也就是軸向載荷,其他的功能與球面滾子軸承類似,在承受偏心的條件下,不影響軸承的正常功能。
但是,推力軸承本身的旋轉性能就很低,這個軸承由于設計的原因,旋轉性能下降的很厲害,進而該軸承的轉速極限的控制會變得很苛刻,再進一步,潤滑條件也就變得需要著重考慮,比如汽輪機推力軸承采用汽輪機鉑電阻測溫的目的就是監測軸承潤滑條件。
這里對于軸承的轉速極限稍微展開一點。無論我們在選擇保持架設計,或者選擇潤滑,甚至計算再潤滑時間間隔時,都會碰到計算軸承的轉速極限的問題(Recommended limits for speed),這里會引入一個轉速極限A,也叫做ndm值,軸承的運行轉速乘以軸承的中徑,其實就是軸承中徑的線速度。
除此以外,我們應該還遇到一個值,叫做軸承系數bf。
當我們在查軸承的再潤滑間間隔時,會用bf乘以A作為選擇的基礎。我們以SKF的球面滾子推力軸承為例,這個軸承的bf值是4,基本上是所有類型軸承里最高的數值。而且,在不同的載荷條件下,這個軸承的推薦轉速極限跟其他設計的軸承比起來也很低,這都是由于軸承的特殊設計以及特殊應用所造成的。

關于大型電機的軸承配置及大型電機所用的調心滾子軸承、球面滾子推力軸承的內容,還有很多細節的東西值得討論,這里限于篇幅的原因,只是給大家拋個磚,至于后續大家還希望了解什么,昌暉儀表可以在以后的討論中繼續。
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