浅谈低压电动机轴向装配尺寸

浅谈低压电动机轴向装配尺寸

廖俊捷

福建福清核电有限公司  福建 福清  350318

摘要：电机装配时，各零部件装配关系合适与否直接影响电机性能与运行状态。电机轴承系统轴向配合是决定电动机可靠运行的中重要因素之一，装配尺寸不符合要求时，会导致电机在运行时产生异常温升、振动最终导致电机损坏。本文主要对电机轴承系统的轴向设计、轴向尺寸链计算以及合理的装配精度进行阐述。希望本文的研究能为改善电机轴承系统运行性能的研究工作提供借鉴。

关键词：轴承系统；轴向配合；装配；尺寸链

1  概述

电机轴承系统轴向配合一般采用浮动端与固定端相结合的方式。装配时在固定端通过轴承盖将轴承外圈“卡死”，起到轴向定位作用；浮动端在轴承盖止口与轴承之间预留一定量的间隙，来消除各零部件加工的公差、电动机轴向振动(轴窜)和运行时发热产生的热膨胀带来的影响。
1.1固定端

轴伸是电动机与负载的链接部位，轴伸部位在径向及轴向的相对稳定性对提高运行稳定和精度的关键，因此优先选择电机轴伸端作为固定端。同时固定端轴承应选择可承受径向和轴向联合载荷用于进行轴向定位与固定。在固定端，并不是完全限制轴承与轴的轴向位移达到“卡死”的目的，而因考虑轴承自身的游隙及零部件加工公差。将轴承盖将轴承外圈间隙定为δ1，δ1最小值应大于0，最大值一般不超过0.40 mm。

1.2浮动端

当浮动端轴承选用非分离型轴承时，轴承内外圈和轴承盖之间要留有足够的间隙，允许因轴冷热变化而伸缩时不会使轴承内外圈错位卡死。将轴承盖将轴承外圈间隙定为δ2，在装配时，会在轴承与轴承盖之间安装弹簧元件（如波形弹簧垫片或螺纹弹簧），弹簧元件应是预先受到压缩，确保安装后能压住轴承外圈，以此来减少承受符合后的轴承轴向工作间隙，减少电动机运转时产生的振动和噪声；另一方面也补偿了定转子零部件尺寸链的公差和由于振动及热膨胀造成的伸缩。

2轴向尺寸链计算

电动机轴向装配合格判断，通过计算轴向尺寸链来确认，轴向尺寸链一般采用“极大极小法”进行确认[1]。尺寸链是一个零件或是一个装配体彼此链接的尺寸（组成环A）构成一个封闭形式（封闭环N）。组成环分为增环和减环。假设增环A+有m个，减环A-有n个，则：

（1）N=

最大极限尺寸：

（2）NMAX=               

最小极限尺寸：

（3）NMIN=  

2.1固定端δ1尺寸

2.1.1间隙尺寸计算

以HYD280M-4电动机为例，定位端假设轴承室宽度为B1,轴承宽度为B（标准件）轴承外盖止口高度为L1，轴承内盖止口高度为L2，轴向间隙为δ1 。如图所示

图1：电机固定端尺寸示意图

1、固定端轴承外盖   2、固定端轴承室 3、轴承    4、固定端轴承内盖

（4）δ1 =B1-B-L1-L2                   

由式（４）可知，B1尺寸增大将使δ1增大，故为增环，L1、L2尺寸增大将使δ1减小，故为减环，由生产工艺图可得：

L1=9.00 mm-0.15 mm

L2=5.00 mm-0.075 mm

B1=49.00 mm+0.16 mm

B=35.0 mm(标准件)

δ1的基本尺寸=49.0-9.0-5.0-35.0=0（mm）

δ1(最大极限尺寸)=（49+0.16）-（9-0.15）-（5-0.075）-35.0=0.385（mm）

δ1(最小极限尺寸)=δ1的基本尺寸=0 mm

从上式可知：定位端理论上是将定位端轴承“锁死”；而实际间隙是为了满足容纳个零件公差即热膨胀要求，一般最大极限尺寸不超过0.40 mm。

2.1.2固定端轴向尺寸优化

实际现场中，轴向尺寸可能出现以下两种情况导致引发设备运行异常：

（1） 轴向间隙大于δ1最大极限尺寸

该情况无法将固定端轴承“锁死”，长时间运行将会导致固定端轴承轴向窜动增大，引发异音及振动。推荐处理方式：在外盖止口与轴承外圈之间添加一片铜圆环垫片，其厚度为C，则：

δ1 =B1-B-L1-L2-C　　　　　　　　（５）

添加后，δ1接近最大极限尺寸/2；例如：上述电机现场轴向间隙大于δ1=0.60 mm，(最大最大极限尺寸/2)=0.1925 mm，采用一片0.40 mm铜圆环垫片添加外盖止口与轴承外圈之间。

（2）轴向间隙大于δ1小于0

该情况无法满足各零件及轴热膨胀所需的轴向增量，长时间运行将会导致轴承温度升高，进而引发轴承损坏。推荐处理方式：对轴承室外盖止口（选高度较大的止口）上车床加工使得δ1接近最大极限尺寸/2；或者添加铜垫片垫于轴承外盖止口外圈与端盖轴承室外端面之间，尺寸选择如上述方式，最终δ1接近最大极限尺寸/2。

若考虑轴承自身轴向游隙，最小轴向间隙δ1大于轴向内部游隙。以60、62和63系列C3游隙组轴承为例。

表1：C3轴承轴向间隙表

2.2浮动端δ2尺寸

2.2.1间隙尺寸计算

同样以HYD280M-4电动机为例，浮动端假设轴承室宽度为B1,轴承宽度为B（标准件）轴承外盖止口高度为L1，轴承内盖止口高度为L2，轴向间隙为δ2 。如图所示。

图2：电机浮动端尺寸示意图

1、浮动端轴承外盖   2、浮动端轴承室 

3、轴承    4、浮动端轴承内盖     5、弹簧垫片

L1'=6.00 mm-0.145 mm

L2'=5.00 mm-0.075 mm

B1'=49.00 mm+0.16 mm

B=35.0 mm(标准件)

δ2=B1'-B-L1'-L2'  　　　　　　　　（６）

式（６）计算结果δ2的尺寸在3.00-3.38（mm）之间变化，生产图纸中所配的弹簧垫片厚度为（4.2±0.375）mm,表示电机装配后弹簧垫片是预先受到压缩的，轴向预压力以98 N为宜，目的是压住轴承外圈，以减受到轴向负荷产生的轴向工作间隙和运转产生的振动，补偿定转子零件尺寸公差和由于振动及热膨胀所造成的伸缩。

3结语

电动机轴向配合异常使其电磁力发生交替周期性变化是造成电动机轴向振动(轴窜)超标的重要原因，而电动机轴向配合异常使轴承受到轴向预紧力(轴承实际工作游隙变小)也是轴承发热甚至损坏的重要原因，故在检修中首先应当认真分析检修前电动机的运行状况，判断造成故障的原因；其次，转子轴或内、外小端盖曾损伤或更换、处理过的电动机，应对其轴向配合尺寸进行彻底检查调整、保证其配合良好，保证电动机安全、稳定运行性。

参考文献：

[1]胡志强.电机制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，机械工业出版社；2011.

作者简介: 廖俊捷（1996 年生），福建福清核电有限公司-维修二处，主要从事电机检修工作