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关于低压小功率立式电动机上轴承损坏分析及对策
作者：张 浩
来源：《硅谷》2008年第23期
[摘要]低压小功率立式电动机（11千瓦以上75千瓦以下）上轴承发生损坏的主要原因是上轴承承受的负载大，受到的冲击大。解决的办法有将上轴承更换成双轴承、保证电动机振动合格、使用高转速轴承、使用高质量的润滑油、保证电动机运行环境、及时加油等。 [关键字]电动机 轴承 分析
中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2008)1210021-02 一、引言
在发电厂中，低压小功率立式电动机经常发生没有到厂家使用说明书中指明的加油周期而发生上轴承损坏，给生产带来一定的损失。本文从生产实际出发，对现场经常出现的低压小功率立式电动机轴承损坏的原因作了初步的探讨，并提出改进的对策，与有关技术人员探讨。
二、电动机轴承烧伤原理
（一）轴承烧损的热阻理论模式
1982年我国技术人员根据轴承内部向外传导、散发热量的热平衡分析，借用人们熟悉的电路符号概念，以电路图形式对轴承绕损的发展条件，作了一个较为形象的分析图解，称之为热阻理论模式，如图1。
工作状态下的滚动轴承温度总是比环境温度(空气温度)要高些。这个温度差的性质与电势差相似，可以称之为热势差。它使得轴承内部的生成热量分几条并联的热传导途径，最终散发到周围空气中去。显然如果生成热量总是大于散发热量，那么，热量就不能完全散发出去，轴
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承温度就会不断升高，以致成为轴承内发热到烧损的发展原因。为了寻找造成轴承烧损故障的主要原因，先说明各条并联的热传导途径的作用和特性。
1．Q内它是经轴承内圈与电抠轴接触面传导至轴伸端，再散发到周围空气的热量。通过这条通道传导的热量将取决于三项热阻(R1、R2、R3)数值的大小。这三项热阻中，后两项数值变化很小，故轴承内圈与电枢轴的接触面的热阻(数值随配合面情况变化)就成为主导因素了。这里所讲的热阻以及下面所讲的热容，都是分别类似于电阻和电容的概念。
2．Q吸轴承自身的内圈、滚子、外圈保持架等温度升高时，所吸收的热量或其它传热部件升温时吸收的热量。这部分热量在轴承降温过程中会自行释放出来，它的量值有限，变化不大，是部件比热与温升的因数。
3．Q外它是经轴承外圈与轴承室接触面传导至轴承端盖，再散发到周围空气的热量。由于这个接触面是过渡配合，接触情况不算太好，但在轴承升温的过程中，外圈的膨胀量比端盖大，使两者贴合得更好，传热情况反而进一步改善，一般情况下，不会成为轴承烧损的主导因素。
4．Q脂气它是通过轴承脂传导及轴承室内空气对流传导和辐射方式传导给轴承端盖的热量。这部分热量经端盖表面散发到空气中去。它与轴承室内的油脂填充量、轴承室的结构等有关。在正常情况下也是比较稳定的导热途径。
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（二）轴承烧损的故障过程
1．异常升温，安装过盈量逐步消失阶段
轴承若在故障状态下运行，有异常的故障热源，轴承温度开始异常地升高；同时轴承内圈与轴的配合过盈量随之减小，热阻Rl相应增加，呈恶性循环，轴承温度上升速度加快。 这个阶段的平衡温度，除受故障热源影响外，还会受到安装过盈量(简称过盈量，以下同)的影响。由于过盈量的存在，轴承与轴的接触热阻呈平稳增大趋势，使得过热阶段温度上升是平稳的。由于轴承内圈的温升比轴的温升快，所以若过盈量越小，则过盈消失时的轴承温度就越低，建立热平恒的温度量值也就相应降低。 2．轴承内圈与轴脱开，游隙缩小阶段
一旦异常热源积聚热量大到使轴承过盈量消失的程度，内圈将与电枢轴开始脱开，两者之间的热阻将以突变方式猛增，加上轴与内圈的相对转动滑移，也会产生一些附加热量，自然会导致轴承游隙迅速减少，轴承将不能建立新的热平衡，运行状态会在很短的时间内恶化，轴承温度上升的趋势很快，而且会不可遏止地进入故障发展的下一个阶段。
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在这个阶段中，油脂的润滑性能变化很大。内圈继续膨胀游隙缩小，使磨擦滚子接触面变大，磨擦生成热量增加，温度升高，一旦超过油脂的滴点（约150℃），油脂外溢，残留部分碳化，造成轴承升温趋势加剧。 3．游隙消失，滚子卡滞阶段
一旦游隙消失，滚子将丧失滚动能力，特别是在卡滞力大于滚子的滚动磨擦转动力时，滚子将产生滑移。此时由于滑动磨擦系数比滚动磨擦系数要高数十倍，而使生成热量剧增，使轴承温度直线上升。 4．退火，失圆阶段
滚动工作面温度超过340℃，开始退火，硬度消失，零件软化、冲撞磨擦失圆、直到胀死等现象，轴承工作能力完全消失。 5．轴承胀死直到熔化固死阶段
轴承胀死之前滚子在滚动面上滑移，能引起局部温度超过轴承钢的熔化温度(约1280℃)，轴承就会出现局部熔化并随之冷却而固着；另一方面当滚子胀死，其滑移磨擦阻力反而高于电枢轴与内圈之间滑动磨擦阻力时，电枢轴就会相对于内圈转动。在牵引动力强行拖动下，转化为该轴承的磨擦热能。因此出现轴承溶化并固死的现象。 上述轴承烧损过程是从开始到终了充分发展的全过程。
但实际上遇到的具体故障实例，却可能是在其中某一个阶段停下来的，这是许多随机因素制约的，如组装条件、润滑、运行条件等都有可能使轴承故障在某一阶段中止。 （三）轴承烧伤的“故障性热源”的产生根源
轴承过热的原因很多，但总的来说，有以下常见的原因：
1．润滑不良。轴承缺油，或润滑剂选用不合理，质量问题，老化和变质。
2．轴承装配时轴承内圈与电枢轴的过盈量不合适。特别是过小的过盈量最容易导致轴承温度高，但过大的过盈量将使得轴承轴向游隙消失，轴承滚子受到挤压，同样也将使轴承温度高。
3．载荷过大(预压过大)。轴承承受的载荷过大和载荷分布不均匀，形成应力集中；或在轴向游动轴承中，外圈配合的过紧，不能移动，轴的热膨胀引起很大的轴向力，而轴承又无法移动时。
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4．转速过大，超过或接近轴承的设计寿命所规定的最大转速。 5．选用的轴承游隙不合理。 6．密封不严，导致水、异物的侵入。
三、立式电动机轴承在运转中的特点及其国外名牌立式电动机和国内电动机特点比较 从有关的资料查知，国外名牌小型低压立式电动机的轴承方面特点与国内生产的电动机比较如表一和表二：
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国外进口的典型小型低压立式电动机的轴承设计特点与国内生产的电动机润滑周期（见表二）：
从表一和表二有关内容可以看出，国外名牌的小型电动机轴承及装配与国产比较，主要有以下特点：
1．电动机轴承选用国际名牌厂家产品（特别是西门子电动机要求国际名牌厂家定做）。 2．需要加油的电动机全部设计有加油孔，维护方便。 3．设计水平高，轴承装配精度高，密封性能好。 4．给出了电动机轴承在不同条件下的使用寿命。
5．油脂选用国际名牌产品，对电动机加油周期和加油量有明确且详细的规定。 四、结论
通过以上几个方面的分析，结合生产实际中国产小型立式电动机上轴承烧坏的实例，国产小型立式电动机上轴承烧坏原因主要有以下几点：
（一）轴承装配设计不够合理，有些厂家的小型立式电动机没有定位轴承，采用与卧式电动机同样的轴承支承结构设计。
（二）轴承装配不良。如装配后轴承径向游隙小、轴承内圈与电枢轴的过盈量不合适。 （三）机械厂家选择电动机不当，如有的电动机厂家明确告知该电动机不能承受机械增加的轴向负载，但机械厂家却在电动机轴上悬挂了电动机转子重量的1/4多的负载。
（四）电动机振动大，如电动机或机械的动平衡和静平衡不合格，机械设备的钢度不够，机座存在共振现象，电动机机座安装倾斜度超过了规定，电动机轴中心线与机械中心线偏差超过了规定。
（五）电动机上轴承进水或杂质。
（六）检修人员对立式电动机加油周期经验不足，电动机没有及时加油，导致电动机缺油。
为了解决以上问题，采用的常用方法有以下几种：
1．将轴承更换成进口名牌高转速轴承，游隙采用C3系列，并采用进口著名电动机厂家推荐的润滑脂如Esso Unirex N3新型润滑油脂。
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2．改善电动机运行环境，保障温度、湿度、有害气体在电动机允许的范围内。 3．对电动机所带的机械负载作静平衡和动平衡试验合格，电动机和机械的连接符合安装技术要求，将电动机的振动控制在允许范围内。 4．改变机座固有频率，避免共振现象的发生。 5．将立式电动机的加油周期缩短为2000－2500小时。
6．经常测量上轴承温度（如果上轴承有风扇罩，则测量电动机上轴承轴的温度间接判断，一般轴承温度比轴温度高约5℃）。
参考文献： [1]《滚动轴承
的诊断与维修》作者:王德志.出版日期:1994.5，SS号:10191527 . [2]互联网有关西门子、ABB电动机资料. [3]互联网有关国产电动机厂家资料、轴承资料.
