有关三相异步电机轴承温度的分析

一、引言
         滚动轴承是轴及其它旋转构件的重要支承，是最早采用专业化大批量生产方式的机械基础之一。由于滚动轴承的摩擦系数仅为滑动轴承的百分之一到几十分之一，并且使用维护方便，支承结构简单，容易装拆，因而，滚动轴承的使用极其广泛，并在许多领域逐步取代了滑动轴承。
         滚动轴承在三相异步电动机中的应用也相当广泛，所以由于轴承导致的故障在三相异步电动机总故障率中占的比例也较多，据权威部门统计为3/5左右，而在轴承的故障中又以轴承过热为常见的故障现象。
二、轴承温度高的判别
         目前电机生产厂家在电机出厂前轴承温度是必须检查的项目，而试验除了有最高温度不超过95℃限制外，对在运行中最高温度以下何种情况属于轴承温度高还没有统一的标准，按一般习惯，电机运行1.5～2h后，轴承温度稳定升温≤35K便可以认为正常，但轴承运行短时（如15min）上升至65℃或运行1.5h以上超过65℃仍然没有下降趋势，及不到1.5h但轴承稳定温度超过75℃，皆可以视为轴承温度高（其中65℃、75℃是针对夏季而言，在寒冷的冬天以55℃、65℃为宜）。
三、轴承过热故障现象及解决办法
        造成滚动轴承过热有以下几类主要原因：
1、轴承的选用
        轴承的质量除与轴承生产厂家的制造工艺、检测水平有关外，还与轴承钢的材质、热处理工艺、煅造加工工艺息息相关。目前国外采用的真空脱气轴承钢、真空重熔轴承钢在国内尚未普及，它们均优于目前国内大量采用的轴承钢—铬钢GCr15及GCr15SiMn.因此，轴承以采用优质进口轴承为宜，如瑞典的SKF、日本的NSK及KOYO、德国的FAG等。不过如果在使用前经过仔细检测、筛选，瓦房店、哈尔滨、洛阳三大国产轴承品牌也是较好的选择。总之，杂牌及三无产品尽量不要使用，否则对电动机（特别是中大型三相异步电动机）来说将后患无穷。
2、轴承受到挤压
        滚珠或滚子在滚道中能轻松自如地旋转，是因为它们与轴承内外套间有游隙存在。若轴承套内或外圈受到挤压，这游隙就要变小。因为轴承游隙的数值很小，所以对游隙的变化很敏感。游隙变小了，轴承滚动体与套圈产生较大的接触应力，则会增加轴承摩擦发热。防止挤压的对策有如下三条：（1）轴承外圈与轴承套的配合多采用H7，在实际加工中要尽量按上差，因为轴承与轴采用过盈配合，轴承台公差为k6或m5，当k6、m5出现上差而所选轴承径向游隙较小、内圈公差也较小时，则径向配合相对较紧，装配后其径向游隙将受到一定的影响。热态运行时，内圈的较大膨胀，有可能导致负游隙。微量的负游隙有利于轴承正常运行，但较大负游隙对轴承运行很不利，温度较高，通过外圈的膨胀而减小负游隙的程度。另外轴承运行时，轴承外圈与轴承套必然也出现过盈，而使滚动体受挤压，招致轴承因发热过早地损坏。（2）为避免轴承外套在轴承室中周向滑动，可使端盖（或轴承套）与轴承内、外盖止口深度在轴向的累计公差为“+”，且累计在内、外盖的平面接合面处，以保证内、外盖夹紧轴承外套（在轴承内外盖的设计时，止口长度的公差等级可用H11而不是h11）。对于隔爆型电机，此间隙不要大于0.2mm.数控或数显机床均可以保证此公差。（3）在三相异步电动机的轴承游隙选用上，根据生产经验，在低压电机中，2P电机一般都选用C3组游隙，4P电机可以选用C3组游隙或标准游隙，6P及以上则都用标准游隙即可。在高压电机中，2P及4P电机一般都选用C3组游隙，6P及8P电机选用CM游隙，10P及以上电机选用C0游隙。当然此游隙的选择都是只针对电机的标准设计而讲，如果客户有特殊要求那就另当别论了。
3、零部件加工精度不够及电动机装配不当导致轴承发热
         在机械加工过程中造成轴承发热的有两点：（1）电动机机座两端止口不同心，造成两端盖或轴承套与机座安装后两端盖或轴承套的中心线不重合，影响轴承内外圈不平行和两端轴承不同心而引起额外磨损发热。（2）端盖或轴承套加工偏心，造成两端的端盖或轴承套不同心引起轴承发热。现特别要指出的是轴承套这个零件，从保证同轴度来说，能不用最好不用。因为有它时，轴承先装入轴承套，轴承套再装入端盖中，多一道径向配合的尺寸链误差，对于保证同轴度来说，显然不如将轴承直接装入端盖中好。以上两点要求机械操作人员在加工零件的时候要严格按照加工工艺保证同轴度。
        电动机装配不当导致轴承发热的也有两点：（1）端盖与机座装配不当，如止口清理油漆不干净，端盖螺栓受力不均，使端盖装偏等，使轴承发热。（2）轴承盖特别是轴承内盖安装时螺栓受力不均，使轴承盖与转轴相擦而使轴承发热。为了保证装配质量，首先要在装配前彻底擦拭配合面的油污，旋螺栓要对称旋紧，使每个螺栓受力均匀，转子转动灵活，否则要重新调整螺栓再旋紧。另外装配轴承时最好用热套法，因为用榔头通过铜套筒敲击轴承的内或外圈（有的装配工甚至于用榔头直接敲击轴承）都会使轴承受力不均匀而损坏轴承。而加热方法应在烘箱或感应铁心式轴承加热器上加热，不可以用油煮加热，因为油煮时会把机油渗入到轴承内部与润滑脂混合，使润滑脂变质。加热时温度控制在100℃以内，因为润滑脂不许超过100℃，否则会流出，另外轴承在高温下（比如超过200℃），轴承钢中残余奥氏体向马氏体转变，将导致轴承内外圈的圆周长度增长而引起振动发热，另外如此高的温度相当于为轴承进行了退火处理而使轴承硬度降低。
4、轴承的润滑           
        首先轴承润滑脂牌号要选用正确，一般情况下，低压三相异步电动机用ZL-3号锂基脂的较多，高压三相异步电动机用BHP高温耐压2号锂基脂较为合适。轴承装配涂润滑脂时，一定要把润滑脂用油枪挤嵌进轴承的滚道内，而且润滑脂量一定要挤满，因为挤进去的润滑脂正是轴承工作时生成油膜的来源，有的装配工在给轴承涂润滑脂时轴承两边涂的很多，而滚道内却忽视不挤进去，装配好电机一试验，发现电机轴承有空响声并伴发热症状。其原因就是润滑脂没挤进轴承滚道而使轴承干磨。其次是加油脂量的多少，试验反映，油量过多或过少皆不合适。太多会导致轴承发热，太少则轴承响，起不到润滑作用，同样要发热，所以只能适量而已。一般规定油脂量2P时为轴承室的1/2，4P及以上时为2/3.再次润滑脂一定要保持清洁干净，不得变质或混入杂质。有一台YJL450-12 380V IMV2安装电机，在对圆柱滚子轴承涂润滑脂的时候不小心混进了一颗很小很小的砂粒，等电机试验时发现电机轴承振动并发热，拆检时发现轴承内圈上每隔一滚子圆周周期就有一明显凹槽痕迹，原轴承只能报废而更换一个新轴承，就因为装配时不小心混进一颗小砂粒而损失几百元，这和飞行中的飞机被一只小鸟撞上发动机的叶轮而坠毁同样悲怆。
5、机械负载的影响
        （1）机械负载与电动机联轴器联结不下，未做好定中心工作。一般刚性联轴器允许的径向偏差为0.03～0.05mm,允许的轴向偏差为0.02～0.04mm.联轴器直径大者取较大的允许偏差值。而采用弹性联轴器时，当联轴器直径小于200mm时，允许的径向、轴向偏差为0.05mm；直径大于200mm时，允许的径向、轴向偏差按下式计算：式中为联轴器外径,mm.
        （2）皮带轮张力过大而在径向拉轴承，使轴承发热。某上海制漆企业向我们订购了一批低压隔爆型三相异步电动机，靠皮带轮带动制漆设备，运转中发现绝大部分电机轴承有噪声及发热，而皮带轮因为种种原因不能调节松紧，迫于无奈，我们只能选用轴承室公差为下差的法兰端盖换上，结果上述现象全部消失，电机至今运行正常。此说明问题的出现可用各种不同的角度去思考和解决。
四、结论
         轴承是三相异步电动机上极为重要的零部件，而且轴承又是极为娇贵的，我们只有从轴承的选用、轴承的装配及运行现场等过程中层层把关，严格按照正确方法选用轴承，三相异步电动机的轴承运行温度就会得到有效控制。