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新研制的风机轴承结构介绍

2011-07-05 10:21:29中国机电招标网

  0引言

  随着我国煤炭行业的发展 ,煤矿井下通风用风机的型号不断增大 ,与之配套使用的电动机规格也随之增大。煤矿井下通风用轴流式风机配套的电动机称之为 YBF风机用隔爆型三相异步电动机 ,以下简称 YBF电动机。煤矿井下通风用的通风机多为对旋轴流式通风机 ,联接方式为直联传动 ,即叶轮直接装配在电动机的轴伸上 ,目前国内轴流通风机的外径已达数米。电动机的轴承除了需要承受很大的轴向负荷与径向负荷外 ,还要承受风机在工作时由于气动不平衡引起的动载荷 ,所以对电动机轴承的承载能力要求很高。电动机的轴承是电动机能否长期可靠运行的关键。

  所以确定 YBF电动机合理的轴承结构 ,保证电动机长期安全可靠的运行已是迫在眉捷需要解决的问题。本文所探讨的问题正是基于这种现实而研发的新的滚动轴承结构。

  1电动机轴承的使用工况

  1. 1轴承的受力分析

  一般普通电机的负载是通过联轴器与电机主轴对接的 ,所以电机的主轴伸只承担传递扭矩的作用。而煤矿井下通风用风机的叶轮直接安装在YBF电动机电机的轴伸上 , 电机轴承不仅要承担叶轮的重量 ,同时由于通风机的叶轮工作时 ,有静压作用在叶轮出、入口两个截面及轮毂两侧表面上 ,致使叶轮及转轴受到轴向力的作用 ,进而作用在 YBF电动机的轴承上 ,所以 YBF电动机轴承的受力情况与普通电动机相比发生了很大的变化。

  1. 2风机对电机轴承的不利因素分析

  大型对旋轴流风机在运行时会有诸多因素产生对电机轴承运行不利的影响 ,主要有以下几方面1. 2. 1叶轮转动时气流流动压力不均 ,当气流通过集流器进入叶轮时 ,沿圆周方向气流不匀 ,因此导致轴向推力的不平衡。在交变负荷作用下长期工作 ,会降低电机的使用寿命。

  1. 2. 2YBF电动机在风筒中固定时会因支撑点不对称以及进出口流场的畸变而引起叶轮转动的不平衡 ,因此会使电动机轴发生径向摆动。电动机轴的径向摆动不仅对轴承有较大的变动负荷 ,还会使轴承的内圈轴线对外圈轴线发生较大的倾斜 ,这是引起轴承疲劳失效的重要因素。YBF电动机不但要承受较大的轴向负荷和径向负荷 ,还要承担动负荷的影响 ,所以电动机的轴承特别是前轴承的使用寿命大大降低 ,这也是导致轴承损坏的重要原因。

  1. 2. 3风机的叶轮虽然已经过平衡 ,但仍有允许的残余不平衡重量。该重量造成叶轮重心与主轴旋转中心线有一定距离 ,因此叶轮重心与主轴旋转中心线不一致而产生了不平衡力。当电机旋转时产生不平衡离心惯性力 ,惯性力越大 ,引起轴承的动反力越大以及通风机的振动愈烈 ,从而加速轴承的磨损。

  1. 2. 4大型通风机在运行时产生的振动一般都比电机大 ,电机的振动速度在 2. 8mm / s以下 ,而风机的振动速度一般达到 8mm / s左右 ,有的风机在实际运行中高达 13mm / s左右。风机的振动多数是由于平衡不良 ,或轮毂材料不均匀、加工装配过程中的偏差变形等因素造成的。如果风机振动过大 ,也会导致电机轴承损坏。

  2传统的轴承结构

  传统的 YBF电动机的轴承结构为三轴承结构。轴伸端为一球一柱轴承 ,非轴伸端为一柱轴承 ,伸端球轴承外套与轴承套之间为间隙配合 ,只承受轴向力 ,柱轴承承担径向负荷。

  大型风机用 YBF电动机在实际应用中 ,因轴承要承担较大的径向负荷和较大的轴向负荷 ,加之风机有可能产生的对电机轴承的不利影响 , YBF电动机经常会发生前轴承损坏的情况。

  轴伸端轴承结构非轴伸端轴承结构3新研制的轴承结构

  针对 YBF电动机载荷的特点 ,我们对原有的电动机轴承结构进行了改进。将轴承套外圆加工成球面结构与端盖配合 ,该结构的最大优点是使轴承具有一定的调心功能 ,令前后轴承组构成一个整体 ,可以降低风机在运行中产生的对电机轴承的不利因素 ,从而改善由于转动不平衡引起轴径向摆动的影响 ,使轴承的受力得到改善。

  轴伸端为两个柱轴承结构 ,设计两个轴承的目的是为了加大球面的工作宽度 ,增加球面工作稳定性 ,提高轴承组的调整能力。电动机尾端为一个承受径向负荷的宽系列的柱轴承和一个能承受双向轴向负荷的四点接触球轴承。为防止电机轴电流通过轴承 ,电动机在尾端设有绝缘层 ,绝缘层设在电动机端盖上 ,螺栓紧固后用胶灌封住不再拆卸。

  非轴伸端轴承结构中四点接触球轴承外圈与轴承套之间为间隙配合 ,为防止外圈在轴承套中转动 ,轴承的外圈带两个互成 180°的定位槽 ,利用镶嵌在轴套圈中的圆柱销进行定位。由于尾端的球轴承要承受较大的轴向力 ,所以用 M20的机械性能等级为 8. 8级的内六角圆柱头螺钉作为承受轴向力部件间的连接螺栓。球面配合的两部件间安装有止动销 ,该结构既可防止球面间部件发生相对转动 ,又可保证轴承体在轴向上可以摆动。

  4新旧轴承结构比较

  新轴承结构的优点是可以适应因风机运行时不平衡引起轴的径向摆动 ,增大轴承的使用寿命 ,进而加强了电机的可靠性。缺点是电机轴承结构相对复杂 ,轴套与端盖之间的球面加工难度大 ,占用空间比较大。从成本上比较 ,虽然新结构的轴承数量增加 ,但选用国产轴承 ,较必须选用 SKF轴承或 FAG轴承的旧结构成本上相差不大。

  5结语

  新改进的轴承结构具有调心功能 ,可以克服风机的动载荷 ,改善轴承的受力情况 ,提高轴承的使用寿命。采用新改进的轴承结构 ,风机用大轴向力电动机的可靠性大幅度增加 ,使矿用风机的整体技术水平得到很大的提升 ,从而大大提高了产品的市场竞争力。

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