電機(jī)軸承的選型方法及舉例

1、電機(jī)軸承的選型方法及舉例,,目 錄一．電機(jī)軸承選型概要二．電機(jī)軸承的選型參數(shù)要點分析三. 電機(jī)軸承的選用舉例分析,,,一．電機(jī)軸承選型概要,對電機(jī)廠的工程師來說，在選用電機(jī)用軸承的時候，必須從各種角度來考慮該軸承的選型：首先應(yīng)比較電機(jī)和軸承的設(shè)計壽命和軸承的疲勞壽命，以此來決定軸承的尺寸，同時還要注意潤滑脂老化引起的潤滑脂壽命、磨損、噪聲，另根據(jù)電機(jī)的不同用途，必須對精度、配合、游隙、保持架、潤滑脂、密封結(jié)構(gòu)、裝

2、卸及其他特殊要求進(jìn)行選用。 一般情況下，選擇軸承應(yīng)大致遵守以下順序： 《電機(jī)軸承的選型概要》,使用機(jī)械與設(shè)計壽命 在選擇軸承時，有意加大疲勞壽命系數(shù)，這不僅要選擇大的軸承，不經(jīng)濟(jì)，并且，軸的強(qiáng)度、剛性、安裝尺寸等，往往并不一定只以疲勞壽命為基礎(chǔ)。各種機(jī)械所使用的軸承，根據(jù)使用條件，有基準(zhǔn)的設(shè)計壽命，以經(jīng)驗疲勞壽

3、命系數(shù)（參照表1）表示。,,,,2.1．電機(jī)軸承的尺寸選擇（基本額定動載荷）,表1、疲勞壽命系數(shù)f h與使用機(jī)械舉例,,,,2.1．電機(jī)軸承的尺寸選擇（基本額定動載荷）,,,,,2.1．電機(jī)軸承的尺寸選擇（基本額定動載荷）,作為軸承的使用條件,已給予了軸承負(fù)荷P及旋轉(zhuǎn)速度n,作為電機(jī)所使用軸承的設(shè)計壽命,決定了疲勞系數(shù)fh的場合下,軸承所需要的基本額定動載荷C，可用下列公式求出.

4、 …………(1.3) 速度系數(shù)和疲勞壽命系數(shù)可以算出和查出，計算后可從軸承尺寸表中,選擇可符合C的軸承.,,,,2.1．電機(jī)軸承的尺寸選擇（基本額定動載荷）,注：在一般的工業(yè)電機(jī)，采用P6、甚至P0級精度也可以滿足其使用要求。,,,,2.2．電機(jī)軸承的精度選擇,軸承精度主要指尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度，國標(biāo)參照國際

5、標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了不同的精度等級及主要尺寸的公差及公差值，軸承精度分為P0、P6、P5、P4、P2五個等級，依次提高。 尺寸公差滾動軸承的精度 旋轉(zhuǎn)精度,,2.2．電機(jī)軸承的精度選擇,不同標(biāo)準(zhǔn)的精度等級代號：,軸承安裝時軸承內(nèi)徑與軸、外徑與外殼的配合非

6、常重要，當(dāng)配合過松時，配合面會產(chǎn)生相對滑動稱做蠕變。蠕變一旦產(chǎn)生會對磨損配合面，損傷軸或外殼，而且，磨損粉末會侵入軸承內(nèi)部，造成發(fā)熱、振動和破壞。 過盈過大時，會導(dǎo)致外圈外徑變小或內(nèi)圈內(nèi)徑變大，會減小軸承內(nèi)部游隙，另外，軸和外殼加工的幾何精度也會影響軸承套圈的原有精度，從而影響軸承的使用性能。,,,,2.3．電機(jī)軸承的配合的選擇,,,,,2.3．電機(jī)軸承的配合的選擇,過盈量不足引起的失效（蠕動失效）,,,,,2.3．電機(jī)

7、軸承的配合的選擇,內(nèi)徑和軸過盈量太大引起的軸承卡死,,,,,2.3．電機(jī)軸承的配合的選擇,,2.3．電機(jī)軸承的配合的選擇,滾動軸承配合的選用原則,2.3.1、軸承套圈相對于負(fù)荷的狀況 相對于負(fù)荷方向為旋轉(zhuǎn)或擺動的套圈，應(yīng)選擇過盈配合或過渡配合。相對于負(fù)荷方向固定的套圈應(yīng)選擇間隙配合。當(dāng)以不可分離型軸承作流動支承時，則應(yīng)以相對于負(fù)荷方向為固定的套圈作為游動套圈，選擇間隙配合或過渡配合。,2.3.2、負(fù)荷的類型和大小

8、 當(dāng)受沖擊負(fù)荷或重負(fù)荷時，一般應(yīng)選擇比正常、輕負(fù)荷時更為緊密的配合。對于向心軸承負(fù)荷的大小用徑向當(dāng)量動負(fù)荷Pr與徑向額定動負(fù)荷Cr的比值來劃分，負(fù)荷越大配合過盈越大。 輕負(fù)荷 Pr/Cr小于等于0.06 正常負(fù)荷 Pr/Cr大于0.06,小于 0.13 重負(fù)荷 Pr/Cr大于0.13,,2.3．電機(jī)軸承的配合的選擇,2.3.

9、3、軸承尺寸大小 隨著軸承尺寸的增大，選擇的過盈 配合過盈越大，間隙配合間隙越大。    2.3.4、軸承游隙 采用過盈配合會導(dǎo)致軸承游隙的減小， 應(yīng)檢驗安裝后軸承的游隙是否滿足使用要求，以 便正確選擇配合及軸承游隙。    2.3.5、其它因素的影響 軸和軸承座的材料、強(qiáng)度和導(dǎo)熱

10、 性能；外部及在軸承中產(chǎn)生的熱的導(dǎo)熱途徑和熱量， 支承安裝和調(diào)整性能等都影響配合的選擇。,,1.5、 深溝球軸承的精度,,1.5、 深溝球軸承的精度,,1.5、 深溝球軸承的精度,所謂軸承內(nèi)部游隙，即指軸承在未安裝于軸或軸承箱時，將其內(nèi)圈或外圈的一固定，然后使未被固定的一方做徑向、軸向或角向移動時的移動量。根據(jù)移動方向，可以分為徑向游隙、軸向和角向游隙。,,2.4、 電機(jī)軸承游隙的選擇,角向游隙,徑向

11、游隙是最常用的，微小型深溝球軸承徑向游隙如下： 微型軸承專用徑向游隙如下：,,2.4、 電機(jī)軸承游隙的選擇,軸承運轉(zhuǎn)時由于軸承配合以及內(nèi)外圈溫差的原因，一般要比初期游隙小，從理論上講，軸承在運轉(zhuǎn)時，稍帶負(fù)的運轉(zhuǎn)游隙，則軸承的壽命最大。但要保持這一最佳游隙是非常困難的。隨著使用條件的變化，軸承的負(fù)游隙會相應(yīng)增大，從而導(dǎo)致軸承壽命顯著下降或產(chǎn)生發(fā)熱。因此，一般將軸承的初期游隙定為略大于零。 運轉(zhuǎn)游隙可

12、以從軸承的初期游隙和因為過盈所造成的游隙減少量，以及因外圈溫度差而產(chǎn)生的游隙變化量求出。 δeff =δ0—(δf+δt) δeff： 運轉(zhuǎn)游隙 mm δ0： 軸承原始游隙 mm δf： 過盈造成的游隙減少量 mm δt： 內(nèi)外圈溫度差所引起的游隙減少量 mm,,2.4、 電機(jī)軸承游隙的選擇,,2.4、 電機(jī)軸承游隙的選擇,（1）、過盈造成的游隙減

13、少量軸承采用靜配合安裝于軸或軸承箱上時，內(nèi)圈膨脹，外圈收縮，導(dǎo)致軸承內(nèi)部游隙減少。內(nèi)圈或外圈的膨脹或收縮量，因軸承形式，軸和軸承箱形狀、尺寸及材料不同而不同，大致近似過盈量的70%~90%。δf =（0.70~0.90）x Δdeff ………（7.2）式中，δf ：過盈造成的游隙減少量 mmΔdeff ：有效過盈量 mm,,2.4、 電機(jī)軸承游隙的選擇,（2）、內(nèi)、外圈溫度差造成的游隙減少量軸承運轉(zhuǎn)時，一般外圈溫度比

14、內(nèi)圈或滾動體溫度低5~10℃。若軸承箱放熱量大或軸連著熱源，或空心軸內(nèi)部有熱流體流動，則內(nèi)外圈溫度差更大。該溫度差造成的內(nèi)外圈熱膨脹量之差便成為游隙減少量。δt =αx ΔT x D0 δt ：溫度差造成的游隙減少量 mm α： 軸承鋼的線膨脹系數(shù)12.5 x 10-6/℃ΔT：內(nèi)外圈的溫度差 ℃ D0：外圈的滾道直徑 mm 外圈滾道直徑D0可用式（1）求出近似值。對于球軸承及自動調(diào)心滾

15、子軸承，D0 =0.20（d+4*D）………（1）式中， d：軸承內(nèi)徑 mm D：軸承外徑 mm,保持架在深溝球軸承中起著等距離隔離滾動體并防止?jié)L動體掉落、引導(dǎo)并帶動滾動體轉(zhuǎn)動的作用,其結(jié)構(gòu)和材料如下表。,,2.5、電機(jī)軸承保持器材料和結(jié)構(gòu)的選擇,2.6.1、特殊材料： 要求防銹性能特好，或在鹽水等腐蝕環(huán)境下工作，則推薦選用不銹鋼軸承； 2.6.2、高溫回火處理：

16、 使用溫度比較高，超過了150度，則要求對該軸承套圈采用高溫回火的熱處理方式，正常熱處理的回火溫度為3個小時160度，則高溫回火根據(jù)實際情況選用180度或220度、或250度等。 2.6.3、冷凍處理： 在淬火之后，回火之前，增加一道低溫零下70度冷凍處理的工藝，主要目的是減少套圈內(nèi)部的殘余奧氏體的含量，提高軸承尺寸精度的穩(wěn)定性。,,,,,,,,2.6、 電機(jī)軸承特殊規(guī)格的選擇,軸承密封目的在于防止軸承

17、部位內(nèi)潤滑劑的外漏， 以及防止外部的 灰塵、水分、異物等有害物體侵入軸承 內(nèi)部，使得軸承可以在所要求的 條件狀態(tài)下，安全而持久地運轉(zhuǎn)。下列情況時，可優(yōu)先考慮選擇預(yù)作充 填滑脂的密封軸承。 (1)、不要求軸承作永久運轉(zhuǎn)。 (2)、中低轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度的運轉(zhuǎn)條件下。 (3)、要求低的生產(chǎn)成本。 (4)、添加潤滑劑有困難的部位，或以后不必再添加

18、潤滑劑者。 使用此類軸承，軸承殼(箱)及其密封設(shè)計得以簡單化，大大降低制造成本；使用條件不苛刻時，甚至可作 相當(dāng)長時間的運轉(zhuǎn)，已廣為家電、車輛、馬達(dá)等業(yè)界所采用。 常見的密封種類及說明見后頁,,,,,,,,2.7、 電機(jī)軸承的密封結(jié)構(gòu)和材料的選擇,,,,,,,,,,,,,,2.7、 電機(jī)軸承的密封結(jié)構(gòu)和材料的選擇,,,2.7、 電機(jī)軸承的密封結(jié)構(gòu)和材料的選擇,,深溝球軸承除了滾動接觸以外，

19、尚有相當(dāng)?shù)幕瑒咏佑|。所以軸承潤滑 的主要目的是，減少軸承各部位的摩擦及磨耗、不產(chǎn)生高溫?zé)?。潤滑?法、潤滑劑的適當(dāng)與否，直接大大地影響到軸承的性能與耐久性等。 一般而言，潤滑脂有以下之作用。 (1)、減少摩擦及磨耗； (2)、摩擦熱的傳導(dǎo)、去除軸承因摩擦而生熱， 須要靠著潤滑劑的中介而將熱傳導(dǎo)至它處 或者帶走，而使得軸承溫度下降，潤滑劑、 軸承

20、因而得以維持長久運轉(zhuǎn)。 (3)、緩和局部應(yīng)力的集中。,,,,,,,,2.8、 電機(jī)軸承用油脂的選擇,潤滑脂的分類 潤滑脂是以礦物油或合成油等潤滑油作為基油，加入增稠劑而成為半固體狀，以此作載體保持住基油，另為了提高性能而添加各種的添加劑組合而成。因此，潤滑脂的性質(zhì)就由基油、增稠劑以及添加劑的種類與組合來決定。潤滑脂分類有許多方法，一般大都以增稠劑的類別作分類，概分金屬皂基與非皂基兩大類。因新的增稠劑、添加劑陸續(xù)

21、不斷地開發(fā)出來，而對潤滑脂性能有很大的改良，故在選定滑脂時，實有充分把握最新各種不同滑脂特性之必要。 下頁所示為一般的潤滑脂種類和其特性和常用規(guī)格,,,,,,,,2.8、 電機(jī)軸承用油脂的選擇,潤滑脂的種類和特性,,,,,,,,2.8、 電機(jī)軸承用油脂的選擇,潤滑脂的種類和特性,,,,,,,,1.8、 深溝球軸承的材料---油脂,,,,,,,,2.8、 電機(jī)軸承用油脂的選擇,,

22、,,,,,,2.8、 電機(jī)軸承用油脂的選擇,,滾動軸承是精密部件，應(yīng)規(guī)范安裝和使用，下面是安裝的示意圖。,,,,,,,,2.9、 電機(jī)軸承的安裝和使用,,,,,,,,,2.9、 電機(jī)軸承的安裝和使用,,,,,,,,,2.9、 電機(jī)軸承的安裝和使用,損傷鋼球和內(nèi)外圈滾道表面,深溝球軸承噪音可經(jīng)由結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)或空氣媒介傳出。轉(zhuǎn)動中的深溝球軸承本身就是音源或振動之來源，造成軸承振動或噪音發(fā)生主要來自軸承的自然振動和軸承內(nèi)部相對運動產(chǎn)生的振動。

23、 自然振動- 軸承內(nèi)、外圈為薄壁圈，本身有其固有的振動模態(tài)，通常馬達(dá)用軸承第一自然頻率在幾 KHz間。 軸承內(nèi)部之相對運動產(chǎn)生之振動 - 內(nèi)外環(huán)和鋼球表面的真實表面 幾何形狀，如粗糙度和波紋度，這些會影響軸承的音質(zhì)和振 動，其中以鋼珠球表面的影響最大。,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級選擇,軸承振動加速度：,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級

24、選擇,軸承振動速度：,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級選擇,在轉(zhuǎn)動機(jī)械或裝置上，軸承因為異常所產(chǎn)生噪音有時候會被周圍的背景噪音所掩蓋。幸好這些異音在振動信號上有其特性，可以利用信號分析技術(shù)來加以處理。軸承振動可利用包括安德魯測定器等振動檢測儀器和SO910噪音檢測設(shè)備來確保軸承之噪音質(zhì)量。軸承一 旦在轉(zhuǎn)動機(jī)械或裝置上，其維護(hù)和保養(yǎng)，可利用振動傳感器和頻譜分析設(shè)備來監(jiān)控機(jī)臺振動狀態(tài)。以軸承外圈缺陷所產(chǎn)生振動為例，

25、滾動體接觸缺陷時會產(chǎn)生連續(xù)性短暫的脈沖，這微弱信號會激發(fā)在不同的頻帶上，可以從幾百Hz到幾百kHz。這信號經(jīng)過低通濾波器，利用包絡(luò)分析法和FFT頻率分析，可以檢視出外環(huán)缺陷之噪音頻率，如圖 a，圖 b，圖 c。 一外圈有缺陷之 608 軸承照片 一外圈有缺陷之 608 軸承 經(jīng)包絡(luò)法分析、FF

26、T后之頻譜 (內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速1800 rpm) 高頻振動時的域信號顯示缺陷頻率

27、 f o (=132Hz)和其倍頻,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級選擇,靜音軸承儀器自動測量化： 以前對軸承的振動噪音，特別是對靜音軸承，主要靠人耳來識別，現(xiàn)開發(fā)了專門的靜音軸承檢測和分析軟件：測量其振動速度的有效值、峰值、波峰因數(shù)等數(shù)據(jù)，據(jù)此提出了靜音軸承的評定參數(shù)和靜音軸承、非靜音軸承的具體量化指標(biāo)。,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級選擇,微小型軸承波峰因數(shù)和峰值測控軸承異

28、音的量化指標(biāo)如下表：,,,,,,,,2.10、 電機(jī)軸承的振動和噪音等級選擇,型號選用參考篇 深溝球軸承樣品征詢表,,,,,,,,,,2.11、 電機(jī)軸承的型號和結(jié)構(gòu)選用的調(diào)查表,家用電器電機(jī)用軸承 -,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,汽車電機(jī)用軸承 -,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,雨刮器電機(jī),冷凝風(fēng)扇電機(jī),座椅電機(jī),窗簾電機(jī),交流發(fā)電機(jī),啟動電機(jī),汽車電動助力轉(zhuǎn)向電機(jī)（EPS）,舉例：家用電器---

29、-吸塵器電機(jī)用軸承選型 3.1、分析其工況條件和要求： 負(fù)荷較重， 有振動沖擊載荷 轉(zhuǎn)速極高 惡劣的復(fù)雜的環(huán)境，有碳刷磨損后的粉塵 密封性能較好，保證油脂長時間有效潤滑 技術(shù)參數(shù)： 轉(zhuǎn)速：30000rpm—50000rpm，耐溫：-40℃-150℃， 長壽命：≥500h 高功率，要求低振動、P5級精度,,三、 電機(jī)軸承選型

30、舉例,3.2、軸承大小，即額定動載荷的確定： 根據(jù)轉(zhuǎn)速30000-40000RPM，計算速度系數(shù)： 根據(jù)前表 疲勞壽命系數(shù)fh與使用機(jī)械舉例中可以查處fh=3,同時經(jīng)計算假設(shè)其受到的徑向力P=100N，則可以計算C： 根據(jù)使用軸承比計算額定動載荷大的原理，確認(rèn)608、628軸承都符合其額定動載荷要求，再根據(jù)經(jīng)濟(jì)性，選用608軸承。,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.3、吸塵器電機(jī)軸

31、承精度選擇： 該電機(jī)軸承轉(zhuǎn)速高，因此，必須選用P5級精度要求。 3.4、吸塵器電機(jī)軸系配合的選擇： 由于軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，精度等級確定后，其內(nèi)徑尺寸、外徑尺寸也相應(yīng)確定，因此，只須確定電機(jī)軸和端蓋的公差。 該吸塵器電機(jī)是內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，因此，內(nèi)圈采用過盈配合，外圈和端蓋采用間隙配合。 由于吸塵器電機(jī)軸承受到的力不大，因此，根據(jù)前表可知，可采用k5的公差，查表可知，

32、其公差范圍是：∮8（+0.007,+0.001)。 電機(jī)端蓋的公差采用H6：∮22（+0.013，0)。,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.5、吸塵器電機(jī)徑向游隙的選擇： 從上面的計算表中可以看出，游隙的減小量0.001-0.008,因此必須選用MC4（8-13um),但再考慮到其轉(zhuǎn)速很高，經(jīng)詳細(xì)的計算或軟件計算，高轉(zhuǎn)速下鋼球和內(nèi)圈的溫度比外圈要高5-10度，游隙的減少量達(dá)到5個um,因此，則必須選

33、用MC5的游隙（13-20um)。,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.5、吸塵器電機(jī)保持器的選擇： 吸塵器電機(jī)軸承的使用溫度在100度以內(nèi)， 同時其轉(zhuǎn)速很高，根據(jù)這2個特性，因此， 須選用尼龍保持架。 3.6、吸塵器電機(jī)特殊規(guī)格的選擇： 吸塵器電機(jī)軸承的使用溫度在100度以內(nèi)， 同時其使用環(huán)境沒有腐蝕性物質(zhì)，因此，不 需要特殊的材料或熱處理處理,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.7

34、、吸塵器電機(jī)密封結(jié)構(gòu)的選擇： 吸塵器電機(jī)軸承的環(huán)境比較惡劣，同時該電機(jī)是直流電機(jī)，長期使用時電刷的粉末可能會進(jìn)入軸承內(nèi)部，同時考慮到其轉(zhuǎn)速比較高，因此，采用輕接觸式的密封圈。 2RS密封結(jié)構(gòu) RSZ（一面膠蓋、 一面鐵蓋） 如果考慮到高速下的

35、散熱性能，也可以選擇靠近電機(jī)內(nèi)部采用防塵蓋結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離電機(jī)內(nèi)部采用輕接觸式密封圈。,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.8、吸塵器電機(jī)軸承用油脂的選擇： 吸塵器電機(jī)軸承的轉(zhuǎn)速很高，載荷不是很大， 因此必須采用低粘度的高速油脂，經(jīng)查前表， 選用日本協(xié)同的SB-M油脂。 3.9、吸塵器電機(jī)承軸用振動等級的選擇： 由于該電機(jī)轉(zhuǎn)速高，其電機(jī)本身產(chǎn)生的噪音 已經(jīng)很高，但同時考慮到該產(chǎn)品

36、為家用電器， 因此，采用Z3組的振動加速度水平。,,三、 電機(jī)軸承選型舉例,3.10、吸塵器電機(jī)用軸承選型確定： 根據(jù)上面的分析，吸塵器電機(jī)用軸承的技術(shù)條件為： 608-2RS（輕接觸式密封圈） P5 MC5 PA66保持器 SB-M油脂 Z3組振動等級或 608-RSZ（一面輕接觸式密封圈，一面防塵蓋） P5 MC5 PA66保持器 SB-M油 脂 Z3組振動等