电机轴设计

电机轴设计（通用7篇）

电机轴设计 篇1

1 引言

轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般分为转轴、心轴和传动轴, 电机上使用的就是转轴, 这也是机械中最常见的轴, 工作时既承受弯矩又承受扭矩。在设计轴的时候需要根据电机的转速、扭矩、结构、应用环境等选择轴的材料, 设计轴的结构, 计算轴的工作能力。

2 轴材料的选取

轴的材料选择主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性的要求以及制造工艺性决定, 我们在选择轴的材料时要根据情况选择, 力求经济合理。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢, 也可采用球墨铸铁或合金铸铁等, 一般电机轴采用45优质碳素钢, 因为45钢导磁性能较好, 当然如果电机的工作环境比较潮湿, 为了防锈, 会用不锈钢来代替。通常电极会使用冷轧钢, 因为冷轧钢的表面质量、外观、尺寸精度较好, 而且具有冷加工硬化的特性, 具有较好的机械性能。如果电机的工作环境潮湿, 又要确保更好的导磁性, 可能会使用热轧钢, 并在轴伸端焊接不锈钢, 为什么不使用冷轧钢而使用热轧钢呢?这是因为热轧钢具有更好的塑性及可焊性。

3 轴的结构设计

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求, 合理地确定轴的结构形式和尺寸。在设计轴的时候, 有以下要求:

(1) 轴应该便于制造, 轴上零件要易于装拆。一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状, 在满足使用要求的前提下, 轴的结构越简单, 工艺性越好。

(2) 轴和轴上零件要有准确的工作位置。电机轴上的零件主要有转子、轴承、风扇、离心器。轴承是固定在两端轴肩上的, 转子、风扇、离心器是根据轴肩或者轴端定位。电机轴向固定是由轴肩、挡圈来实现。对于中小型电机, 轴向力较小, 采用弹性挡圈固定。

轴肩的尺寸要求:r

(3) 各零件要牢固而可靠地相对固定。轴与轴上零件都是采用过盈配合安装, 轴与转子的安装是通过热套工艺, 将转子加热, 利用热胀冷缩的原理, 将烘箱内烘热的转子套进轴里, 调整到合适的位置后冷却固定。

(4) 改善应力状况, 减小应力集中。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。

措施: (a) 用圆角过渡; (b) 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; (c) 重要结构可增加卸载槽、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。

4 轴的加工工艺

4.1 加工精度

(1) 尺寸精度。轴的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。 (2) 几何精度。轴一般对支撑轴颈的几何精度 (圆度、圆柱度) 提出要求。 (3) 相互位置精度。轴的配合轴颈相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。

4.2 表面粗糙度

根据机械的精密程度、运转速度的高低, 轴表面粗糙度要求也不相同。表面越粗糙, 抗疲劳强度越低, 所以必须降低表面粗糙度。

4.3 强化处理

通常对于机加工后的轴, 都需要进行强化处理来提高轴的抗疲劳能力。

表面强化处理的方法有: (1) 表面高频淬火; (2) 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理; (3) 碾压、喷丸等强化处理。

5 轴的计算

轴的工作能力一般取决于强度和刚度, 转速高时还取决于振动稳定性。

(1) 扭转强度计算。

电机上的轴一般只传递扭矩, 强度条件 (MPa) :

45钢[τT]=25~45N/mm2, A0=126~103, 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或者只传递转矩时, [τT]取较大值, A0取较小值, 显然, 电机轴A0较小, [τT]较大。

(2) 刚度校核计算。

其中:T-转矩;l-轴受转矩作用的长度;G-材料的切变模量;Ip-轴截面的极惯性矩。

当使用滚动轴承的时候, 转角许用值≤0.001rad。

(3) 疲劳强度。

安全系数的选取:S=1.3~1.5, 材料均匀, 载荷与应力计算准确;S=1.5~1.8, 材料不够均匀, 载荷与应力计算欠准确;S=1.8~2.5, 材料均匀性计算准确性均较低, 或轴的直径d>200mm。静强度校核 (略) 。

(4) 轴的振动。

轴旋转时会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动, 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时, 就会产生共振。共振时轴的转速称为临界转速。临界转速可以有很多个, 其中一阶临界转速下振动最为激烈, 最危险, 一般轴很少发生共振。

一般情况下, 应使轴的工作转速n<0.85nc1, 或者1.5nc1

电机轴设计 篇2

泄漏量大小是正压型防爆电机的主要防爆性能之一,泄漏量大,正压型电机就可能出现无法启动或保不住机壳内部压力,直接威胁到正压电机的防爆性能,严重情况下可使正压型电机失去防爆性能,使电动机在启动和运行时存在发生爆炸的风险。

目前,由于在密封材料,制造工艺、工装模具等限制,往往导致正压型电机在轴贯通动密封处泄漏量较大,而现有密封材料往往不能长期有效密封,有些已到用户现场的电机,甚至出现泄漏量较大,保不住压的情况,直接威胁到正压型电机的防爆性能;另外,正压电机泄漏量大,需耗费用户较大的气源和后期维护量,直接关系到用户的使用成本。

2 正压通风型电机泄露量情况

卧龙电气南阳防爆集团公司已成功开发出系列化正压型防爆电机,部分电机泄漏量情况如下:

YZYKS500-2 1250kW 6kV泄漏量850NL(标升)/min(分钟);

YZYKS630-2WF1 3200kW 10kV电机泄漏量678NL/min;

YZYKS630-4 3550kW 10kV电机泄漏量1140NL/min;

YZYKS900-4 6000kW 10kV电机泄漏量2000NL/min;

YZYKK560-4WF1 1400kW 6kV电机泄漏量750N/min;

YZYKS710-4 5500kW 10kV电机泄漏量1590N/min。

从以上数据可以看出,不论大小电机,泄漏量均比较大,基本在700～2000NL/min之间,且主要泄露位置为轴贯通部分,即旋转部件(轴)和静止部件(轴承内盖)之间存在较大间隙,一动一静较难密封。

3 轴贯通部分密封设计

主要包括碳密封环选型、轴承内盖设计、碳密封环和轴之间间隙计算等。

3.1 碳密封环外形尺寸如下图所示:

碳密封环外形尺寸按下表选择:

3.2 根据碳密封环外形尺寸,进行轴承内盖结构设计,如下图所示:

3.3 安装好后的碳密封环和轴承内盖,如下图所示:

3.4 根据正压电机在热稳态运行下,轴承台、铁芯、轴等部件温升情况,计算探密封环和旋转轴在冷态及热态的间隙,并选择合适的轴公差,如下表所示:

已某2240kW-2P 10kV正压型电机为例,经计算,该型号正压电动机在热稳定运行状态下,碳密封环和旋转轴之间的设计间隙为0～0.1mm之间,冷态下间隙为0.105～0.217mm之间.

经过以上结构设计和计算,通过将该型号2240kW-2P 10kV正压电机额定运行4小时,电动机定子元件温度不再上升时,在机座内部压力1000Pa下,实测机壳内部泄露量为15.5m3(立方米)/h(小时),即,258NL(标升)/min(分钟),与正常电机泄漏量相比,漏气量减少42.2%～67.7%,泄漏量大大减小,较好的解决了轴贯通部分的密封问题,达到了预期目的。

4 结束语

正压电机在石油、石化、煤化工等防爆市场领域应用广泛,需求量大,小泄漏量正压型电机与常规电机相比,能够大大降低正压电机现场运行维护成本,减少用户投诉,已1台长期工作制正压电机为例,每年可为用户节约气源:

节约气源=(0.9-0.258)×60×24×365=337435.2m3=33.7435万m3(立方米)气源。小泄漏量正压通风型电机的开发对提高产品档次、差异化竞争等都具有重要的意义。

参考文献

[1]中国国家标准委员会.GB3836.3-2010爆炸型环境第3部分:由增安型“e”保护的设备.

[2]中国国家标准委员会.GB3836.5-2010爆炸型环境第5部分:由正压型“D”保护的设备.

[3]中国国家标准委员会.GB3836.1-2010爆炸型环境第1部分:通用要求.

[4]GB755-2008旋转电机定额和性能.

电机轴设计 篇3

现代船舶常规电力来源多为柴油发电机组, 但出于节约能源及机舱空间或其他特殊要求的考虑, 部分船舶会配置轴带发电机组[1]。 介绍一套可用于轴带发电机组的自动电站系统的设计。 该系统控制器采用西门子1200 系列PLC, 该品牌PLC在船舶领域应用广泛, 具有多家船级社证书, 运行稳定, 可实现复杂逻辑控制[2]。 并车保护单元采用DEIF的PPU3 模块, 可对发电机组进行控制和保护, 可通过Profibus-DP通信将发电机重要数据传送给控制器。 人机交互设备采用西门子触摸屏, 方便用户操作和监视设备参数。 该系统扩展性能优越, 适用于不同船舶。

1 电网组成

某船舶电力系统如图1 所示。 该船供电设备由2台280k W柴油发电机及1 台500k W轴带发电机组成。 船舶配置一台200k W大功率用电设备艏侧推装置。 根据电力负荷计算书, 该船舶在正常航行时可根据实际情况选择性使用轴带发电机或柴油发电机为全船供电; 在船舶进出港及执法过程中需分区供电, 即轴发向艏侧推供电, 柴发给船舶其他负载供电。

2 控制系统配置

针对该船舶, 设计控制系统结构, 如图2 所示。 配置一台触摸屏, 用来直观显示汇流排及各机组的详细状态, 以及报警信息等。 西门子1200 PLC通过Profibus-DP协议与PPU通信, 读取PPU内数据, 完成逻辑控制, 并且能够将配电板主要数据通过Profinet通信传送到机舱报警系统, 便于管理人员对设备的集中监测。 PPU用来采集汇流排及发电机组数据, 可对发电机组进行控制与保护。 SIMOCODE用来控制及保护重要设备。 另外, 对图1 中QF1 增加同步继电器, 实现隔离开关的带电合闸, 避免模式切换时汇流排失电情况发生。

3 供电模式

电站控制系统中2 台柴油发电机组可以长期并联运行。 柴油发电机组可与轴带发电机组短时间并联进行负荷转移。 在艏侧推运行时, 柴油发电机组与轴带发电机组分区供电, 轴带发电机组给艏侧推供电, 柴油发电机组给电网其他设备供电。 由于船舶配置机组较少, 自动电站系统应在满足电网有电的情况下进行模式转换, 转换模式如下:

(1) 柴发主机模式, 包括1# 柴发为主机、2# 柴发为主机两种。

(2) 轴发主机模式。

系统根据不同模式选择开关判断当前模式, 不同模式切换过程中系统均可保证电网有电。 供电模式如表1 所示。

4 系统功能

以上供电模式下, 系统均能实现以下功能:

(1) 机组保护。 在PPU内部可设置多级过载、过流、逆功、过压、欠压等保护。 且在主开关短时间内连续脱扣, 系统将不进行任何动作, 直至手动复位。 同时可在触摸屏上监测机组重要参数。

(2) 机组自动起动。 当电网失电、负荷超出在网机组85%一定时间、在网机组故障、模式切换等发生时, 系统自动起动备用发电机组, 并进行调频稳频。 如出现三次起动失败, 起动指令自动跳转到下一台备用机组。

(3) 自动投网与运行。 备用机组起动后, 自动并网运行供电, 并维持电网频率精度。

(4) 多台机组并联运行时功率自动分配, 频率自动调节。

(5) 备用机组自动解列与停机。 系统负荷减少到一定程度、机组故障等事件发生时, 系统自动将对应机组负荷转移到其他机组, 该机组自动分闸、停机。

(6) 非重要设备分级卸载。

(7) 重载问询自动切换模式。 在有大功率设备需要运行时, 通过重载问询, 系统自动切换为分区供电模式;在大功率设备停止运行5min后, 系统自动切换回原来控制模式。

(8) 重要负载失电自动起动及集中控制。 电网恢复供电后, 失电前在工作的重要设备如风机、海水泵等会依照事先约定延时时间自动起动, 另外, 用户可在触摸屏上集中控制其起停, 解决了配电板包含多负载起动屏情况下起动设备需要查找的问题。 自动供电系统如图3 所示。

(9) 轴带发电机组与柴油发电机组切换。 轴带发电机组由主机驱动, 频率取决于主机转速, 故轴带发电机组频率调节范围很小且不容易实现。 系统通过调节与轴带发电机组切换的柴油发电组频率从而实现两台机组的短时间并联运行。

(10) 数据通信。 系统通过Profinet通信协议与机舱监控系统进行数据交换, 实现机舱设备集中监控。

(11) 系统故障诊断。 系统可判断用户指令与系统工作状态之间的差异, 确定哪一环节出现了控制故障, 并能够在触摸屏显示出具体故障点, 方便用户排查原因。

5 结语

该船舶自动电站系统采用西门子控制器及丹佛斯发电机并联与保护单元, 具有很高的可靠性及实用性, 轴带发电机组与柴油发电机组能够在该系统下长期稳定运行。

摘要：介绍包含轴带发电机的船舶自动电站的设计, 重点阐述系统组成及功能。

关键词：轴带发电机,船舶自动电站,PLC,PPU

参考文献

[1]姜锦范.船舶电站及自动化[M].大连:大连海事大学出版社, 2005

电机轴设计 篇4

1 硬件功能模块

基于三轴转台的无刷直流电机控制系统硬件模块主要包括:CPU控制模块、总线通讯模块、BLDCM驱动模块、反馈信号调理模块等。

1.1 CPU核心控制模块

本系统中设计采用一片DSP加双CPLD作为BLDCM控制系统的核心, 将主要的逻辑功能与时序控制交由两片CPLD完成, 实时控制、智能算法等计算功能交由DSP处理。DSP控制模块, 采用3.3V供电的ADSP21363作为主控制器, 32位/40位浮点处理器, 时钟频率可达333MHz, 可进行复杂数字信号处理;CPLD1、CPLD2均为Altera的可编程逻辑器件EPM1270T144C5, 分别控制总线通信、电机PWM驱动, AD采集、编码器计数等, 图2为BLDCM控制系统原理图。

1.2高速同步AD转换模块

本系统中, 电流环最小调节周期设计为50us, 频率20k Hz, 而ADS8365的采样频率为250k Hz, 足以胜任无刷直流电机电流环采样需求[1]。通过仿真及实验找到合适的采样点后, 采样周期仅需等同于电流环最小调节周期即可, 相电流采集属于对AD采样频率及精度要求较为苛刻的子系统之一。

1.3保护模块

保护模块则包括:直流侧电源的欠压、过压检测, 母线及三相桥路的过流检测, PTC热敏电阻的温度检测, 绝对位置及超速监测。

1.4 BLDCM驱动模块

功率驱动模块:主要由三相无刷直流控制集成电路UCC2626、功率器件驱动芯片IR2130、大功率开关器件MOSFET组成的三相逆变桥, 以及相应的传感器和光耦隔离器件构成[2]。

2信号调理反馈系统

反馈系统设计是BLDCM控制系统的关键部分, 因为高速精准可靠的反馈信号采集转换能力是保障实现BLDCM实时控制的核心。BLDCM反馈系统主要包含:基于编码器和旋转变压器的双闭环反馈、等效相电压反馈、三相及母线电流反馈等。

2.1双闭环位置反馈

位置反馈系统包含旋转变压器与光电编码器。其中, 旋转变压器经角位变送处理拥有16位分辨率, 用于驱动相应电机上电后回归绝对零位、位置监测;光电编码器固连于电机尾部, 结合复杂的DSP及CPLD四倍频逻辑, 用于高速精准测量相对增量式位置, 得出32位有符号整型的位置信息数字量。旋转变压器安装在框架端, 经过角位变送器处理后的输出信号表征各轴框架的单圈 (0°~360°) 绝对位置, 兼备数字量 (RS422差分接口) 和模拟量 (0~10V) 。数字量可以设置成按指定频率连续输出, 选择一路串口完成通信即可;模拟量需在自研驱动板中将0~10V信号精确转换为0~5V, 经AD采集提取后使用。

2.2 相电压反馈

图3为BLDCM相电压检测原理图, 无刷直流电机等效电路如左上方的Y接等效电路部分所示, 无刷电机定子绕组大多为Y接且中性点N不引出。基于线电压的采集电路易于与实际的物理系统衔接, 在逆变桥驱动下, 当相应的功率管开通时, 相间电压近似等于逆变桥直流侧电压。基于相电压的采集电路比较复杂, 但对电机进行数学建模的推导过程中, 基于相电压的数学模型比线电压运算更为简便, 且曲线直观易观测, 便于理解, 因此本系统中设计了基于电阻分压法的等效相电压采集调理电路。

2.3 相电流反馈

获取主电路中三相电流信号采样反馈的方式采用电隔离检测的霍尔元件法, 采样点选择PWM脉宽中点[3]。霍尔电流传感器量程宽、功耗小、寿命长、安装方便。本系统设计中选用ACS712x30A, 其输出线性度66m V/A, 可测瞬时过载大电流。ACS712x30A的模拟信号路径噪声低, 芯片带宽50k Hz, 可通过滤波引脚调整。阶跃电流输出响应上升时间5us, 输出误差小于1.5%, 温漂误差小于4%, 内部导通电阻1.2mΩ, 隔离性能好, 5V单电源供电, 输出电压与交流或直流电流成正比例, 2.5V为零点, 有效线性输出范围为0.5~4.5V。图4中 (a) / (b) 分别代表采样频率为20k Hz时的三相电压与三相电流曲线, 图中下方粉色曲线表示测试时PWM占空比为40%。

3 结束语

文章针对三轴飞行仿真转台展开了基于自主研发的配套BLDCM控制系统设计, 主要从低功耗的CPU控制架构、高效率BLDCM驱动模块、实时反馈信号采集调理三方面进行了设计。本设计利用BLDCM控制系统较好的实现了飞行器在滚转、俯仰、偏航三个自由度上的姿态运动。在三轴转台的半实物仿真系统中, 自主研发的基于DSP+CPLD架构的四路BLDCM驱动板LZ1308A, 能独立或辅助NI RT实时仿真计算机完成三轴电机的实时控制功能。LZ1308A适用于控制各种附带光电编码器等位置反馈系统的BLDCM, 驱动板控制步长可达1ms, 电流负载的能力可达到30A, 广泛适用于类似的BLDCM控制场合, 有较高实用价值。

摘要：在三轴转台的半实物仿真系统中, 通常利用无刷直流电机 (BLDCM) 控制系统来模拟或复现飞行器在滚转、俯仰、偏航三个自由度上的姿态运动。文章设计了一种附带保护功能的三闭环控制方式的无刷直流电机控制系统, 尤其适用于三轴转台各框架电机高速运行时的精确控制。

关键词：三轴转台,BLDCM控制系统,ADSP21363

参考文献

[1]Datasheet of ADS8365, Information on http://www.ti.com/product/ads8365[Z].

[2]谭建成.新编电机控制专用集成电路与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

电机轴电流可能误报轴承温度 篇5

但我公司在今年3月份的设备大修后, 却发生了一起因电机轴电流而误报电机轴承温度, 造成设备跳闸的事故。

2014年3月, 我公司组织了8d的窑系统大修, 在检修期间, 对窑尾排风机电机 (YPTQ710-81 400k W) 进行例行维护, 将电机送到专业电机维修公司, 对定子线圈绝缘、部分槽契进行了处理。检修前就已发现该电机后轴瓦有损伤、轴颈有磨损现象, 这次抽出轴瓦后发现, 轴瓦表面有电击产生的黑点、小凹坑, 怀疑有轴电流从电机转轴和后轴承合金瓦面的接触点通过。由于合金瓦面的接触点不够多, 所以接触点的电流密度大, 轻则电击产生黑点, 重则在瞬间产生高温, 使接触点的轴瓦合金烧熔、剥落, 在轴颈碾压力的作用下, 进一步损伤合金瓦面, 在合金瓦表面上出现小凹坑, 同时也对轴颈产生磨损。因此在本次维修中更换了电机前后轴瓦, 修复了轴颈, 更换了后轴承合金瓦背面和轴瓦座间的绝缘垫板, 以切断后轴瓦轴电流的回路。

2014年3月16日, 电机回厂安装、找正完毕后, 立即安排试机, 首先是电机空转。由于不带负荷, 将高压变频的输出频率控制在25Hz, 在1h的测试期间, 前后轴瓦温度仅35℃左右, 各方向振动值均在0.7mm/s以下, 电机空试运转正常。随后窑点火, 启动窑尾排风机;在窑升温到投料前的20多小时内, 电机瓦温、振动正常。

3月17日白班9:30左右, 准备拉风投料时, 中控室操作员发现尾排风机电机后瓦温度连续快速上升, 及时停尾排风机, 并通知机电车间检查处理, 现场检查发现前后轴瓦并无发热现象, 稀油站运转正常, 稀油站的油也没有杂质和金属粉末。后来抽出后轴承测温热电阻, 发现套管表面有变色及小黑点, 当时判断为热电阻质量问题, 更换热电阻后重新开机。

投料半小时后, 中控室显示后轴瓦温度再次迅速升高, 造成尾排风机电机跳闸。现场检查电机后轴瓦仍不发热, 打开后轴瓦上盖检查, 未发现蹭瓦端和轴瓦面损伤问题, 但发现新换装的热电阻套管又有明显的电流烧灼现象。由此我们判断, 是因为插入到测温孔内的测温热电阻钢制套管外表面未作绝缘处理, 而这次维修电机时, 新更换的电机后轴瓦体的测温孔位置有细小变化, 热电阻钢制套管端部与下瓦体接触或钢制套管外表与下瓦体测温孔内壁接触, 热电阻钢制套管后部又与后瓦座通过穿孔的固定螺帽连接, 造成下瓦体通过热电阻钢制套管和瓦座及整个电机外壳联通, 使上下瓦背原有的绝缘垫失去作用, 形成后轴瓦实际接地。电机轴电流流过测温热电阻钢制套管对后轴瓦座拉弧, 造成热电阻套管烧热, 从而造成热电阻检测温度高而轴瓦并未发热的现象。

由于时间紧, 我们将整个热电阻钢制套管 (含端部) 用热缩绝缘管套住并加热, 收紧后再次装入, 开尾排风机。开机后全部恢复正常, 连续运转。

事后我公司对本次尾排风机电机事故进行了认真分析。

(1) 本次事故表象原因为测温热电阻钢制套管外表未作绝缘处理, 造成轴瓦通过热电阻钢制套管和瓦座及整个电机外壳联通, 电机轴电压使测温热电阻钢制套管对地拉弧, 导致热电阻套管烧热, 温度升高。

(2) 更深层次的原因还是我们对电机, 尤其是变频调速的高压电机轴电流的机理和危害性认识不足。该电机外壳对地接触不良, 接地不好, 虽然电机前轴瓦端盖已有一个对前轴伸的接地碳刷, 但电机壳体接地不够好。

(3) 从窑尾排风机运行情况看, 变频器输出频率越高, 电机的电流越大, 电机轴电压产生的感应电流越高。

我公司采取的措施:

(1) 对窑尾排风机电机做可靠接地, 从电力室接地网直接引50mm2接地线接到电机本体, 电机本体各组装件用10mm2地线进行连接。

(2) 检查所有高压电机前轴伸的放电电碳刷, 并重新进行处理, 使放电性能良好, 待停机时再加装一个前轴伸的放电碳刷。

电机轴设计 篇6

我厂Φ3×9m球磨机，配置N-1000 O-Sepa选粉机和1台PPW96-2×5型气箱式袋式除尘器，作为分级和成品的收集。在试运行中存在系统风量不足问题，影响了台产和质量。为此，我厂于2005年对该磨机实施了技改，决定将原配风机电机JR138-6-185kW更换为YR355-4-245kW来增大引风机风量，该电机换上去后，虽然能正常运行，但电机集电环上的电刷磨损特别快，一个月就得换上两副(每副12个)，有时甚至一周就得换上一副。经初步判断，可能是集电环与轴不同心，增加了电刷的磨损。于是，利用检修时间，将集电环拆下，在车床上进行同心度处理。使用一段时间后发现电刷还是磨损较快，问题没有得到根本解决。之后，再次停机，拆下集电环，用百分表检测电机轴，检测发现，电机轴在转动时，最大有1毫米的偏心摆动，但电机也不扫膛，能正常运行。说明电机轴只在集电环端有弯曲现象，造成集电环随电机轴在运转过程中产生偏心摆动，使电刷受力不均，加快了电刷的磨损。

2 处理办法及效果

要解决这一问题，一是矫正电机轴，二是在电机上直接矫正集电环。矫正电机轴的可能性不大，只有第二种方法是可行的。方法：把车床上的刀头，架在电机现场，用调速电机带动电机轴转动，用刀头将集电环车成同心。具体作法如下：

(1)将联接风机和电机的联轴器的对轮螺丝拆掉，让电机与风机脱离。

(2)在电机输出端，电机底座上(纵向)焊一根1m长的20#工字钢，在工字钢上焊一块能装上3kW调速电机并有调节余地，大小厚度为20mm的钢板，用来固定调速电机。

(3)找一个带有皮带轮的3kW调速电机，在厚度为20mm钢板上开条型孔将调速电机用螺丝固定在钢板上。

(4)用宽度为150mm的旧输送皮带，做成长约1.2m的环型皮带，将电机输出轴与调速电机皮带轮连结起来，这样245kW大电机就可以用3kW调速电机带着调速转动了。

(5)在电机输入端(即集电环一端)电机底座上同样焊上一根1m长的20#工字钢(轴向焊)，再在20#工字钢上用12#槽钢做一个三角支架，支架面上焊能固定车刀头厚度为16mm的钢板，高度与电机轴齐平，用来固定车床刀头，如图1所示。

(6)启动调速电机，让245kW电机转动(调速范围控制在200～500r/min)，人工操作车床刀头，将电机轴上集电环的三道滑环车圆，将偏心引起不圆部分车掉，加工完成后再将电刷装上运行。

电机轴设计 篇7

1 故障分析

1) 电机轴承内圈和转轴为过盈配合, 两接触表面没有相对运动。随着设备运行时间的延长, 由于润滑效率降低、安装或维修保养不良, 尤其电机在输送间断煤料作用下拖动不均匀负载后, 过盈面出现小幅的相对运动。同时, 接触面的接触压力使结合表面微凸体产生塑性变形。当塑性变形足够大时, 发生金属粘连。在外界小幅振动的反复作用下, 粘连点被剪切, 粘附金属脱落。在连续高速运转条件下, 一直重复粘连、剪切和剥落过程, 最终导致轴承磨损失效而发生抱轴故障。2) 轴电压影响。电机转轴与轴承间有起着绝缘作用的润滑油膜。对于较低的轴电压, 这层润滑油膜仍能保持其绝缘性能。当轴电压增加到一定数值时, 轴承内的润滑油膜还未稳定形成, 轴电压将油膜击穿, 在转轴、轴承座和底板构成回路产生轴电流。轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过, 由于该金属接触点很小, 电流密度大, 瞬间产生高温致使轴承局部烧熔, 被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下, 在轴承内表面烧出小凹坑。通常转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金高, 其结果使轴承内表面及内外圈包道被压出条状烧伤痕迹, 严重时造成配合副粘合抱死。

2 影响刮板输送机电机抱轴失效因素

2.1 轴承装配不当

装配时, 由于不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损, 导致轴承内圈与轴颈配合失去过盈量或过盈量变小, 出现走内圈现象;装电机端盖时, 不均匀敲击, 导致轴承端盖内圆与轴承外圈配合过松出现走外圈现象。无论走内圈还是走外圈, 均会引起轴承运行温度急剧上升, 特别是走内圈会造成转轴严重磨损和轴承抱死。另一种情形是, 轴承与轴、轴承与端盖装配过紧或过盈量大, 使轴承变形和椭圆度超标, 引起轴承游隙过小或不均匀, 导致轴承运行时摩擦力增加而温度急剧上升。

2.2 额外振动因素

电机与刮板输送机的轴心线不对中或轴线倾斜, 引起机组运行时的干扰力, 使机组产生与电机转速相同的角频率的振动。轴颈椭圆的电机在旋转时, 由于转子重力而产生干扰振动, 其振动频率应是双倍频振动。转轴弯曲会造成一个不平衡重量, 以角速度ω围绕静平衡位置旋转, 其结果和转子不平衡时完全相同。折中额外的振动和干扰力, 严重影响电机轴承的正常运转。

2.3 润滑不合理

润滑油选择不当, 使用劣质润滑油, 或者不同型号润滑油脂混用, 则会使润滑效果不佳。同时, 电机长期在井下潮湿、多粉尘环境下工作, 润滑油变质并破坏油膜, 达不到润滑和散热效果, 零件很容易发生胶合, 摩擦温度过高引起滚动体回火而导致轴承早期损坏。不按规定时间和周期加注润滑油, 或润滑油量未满足要求, 均使运动表面完全失去油膜保护, 滚动体与滚道之间产生干摩擦, 温度升高导致运动表面损坏。

2.4 轴电压危害

轴电压是电机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压。轴电压产生的原因有:由于磁路磁场不平衡, 有与转轴相交链的旋转磁通存在;当转子绕组发生接地故障, 有接地电流产生;转轴上有剩余磁通, 起单极发电机作用;铁芯材料方向性引起磁路的磁阻不均等。

3 预防刮板输送机电机抱轴的技术措施

3.1 科学选型

选用密封性能好的电机和轴承, 防止环境污染, 避免矿井粉尘进入, 确保轴承内部的清洁。选用冷却电机轴承装置, 改善电机工作条件。通过冷却水对电机轴承进行有效冷却可以降低轴承运行温度, 并且得到良好的润滑, 延长轴承的使用寿命。电机负荷侧的轴承宜选用较大的轻型滚珠轴承, 这样不但保证了轴承的承载能力, 而且轴承的允许转速大大超过了电机的实际转速, 达到或超过轴承的额定使用寿命。

3.2 提高安装质量

组装电机时, 一定要保证定、转子铁芯对中, 不得错位, 安装轴承前, 应先对其完好性进行仔细的检查。装配轴承, 一般采用敲击法或热套法, 前者应垫铜棒或钢管, 钢管内径略大于轴径;热套法则将轴承放在干净的机油中加热至100~110℃, 然后从油中取出, 尽快装到轴上, 并进行轴向紧固, 确保轴承的装配精度。

3.3 保持良好的润滑状态

润滑质量是电机轴承正常运行的关键, 对轴承磨损、散热、防锈、密封、缓冲等均起到影响作用。正确选择润滑油种类, 按照电机转速及负荷大小等运行条件进行选型。润滑油脂的粘度是形成润滑油膜的基本因素, 对中负荷、中转速工况, 选用中粘度润滑油脂;对重负荷、低转速工况, 选用高粘度润滑油脂;高转速工况, 选用低粘度润滑油脂。

3.4 运行与维护要求

要定期对电机轴承进行维护和保养, 保持电机外壳洁净, 通风、冷却装置不能有积垢。电机运行过程中, 润滑油脂的性能会发生变化, 需定期更换, 严格按照标准加入润滑油脂, 润滑脂的填充量为轴承腔容积的1/2~2/3, 润滑油脂过量则会出现漏油。定期校核电机转子的动平衡, 防止因轴弯曲、轴颈磨损、轴裂纹和转子断裂因素而产生额外的振动。同时, 检查电机轴承是否有剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等现象。

3.5 加强温度监测

温度是表征刮板输送机是否正常运行的重要参数之一, 通过温度监测, 可以早期发现电机及轴承潜在问题, 避免因电机轴承破坏所造成的非计划性停机。电机轴承的温度随着运转开始逐渐上升, 1~2h后达到稳定状态, 如果电机轴承温度急聚上升, 此时必须停止输送机的运转, 并检查电机轴承及负载情况。常用的温度监测方法, 除了直接手摸感触外, 可以借助于红外线测温仪等仪器检测。还可以对电机控制系统安装温度巡检仪, 利用温度传感器对电机定子和轴承温度时时进行监测。

3.6 消除轴电流

在轴端安装接地碳刷, 使接地碳刷可靠接地, 且与转轴可靠接触, 保证转轴电位为零电位。为防止磁不平衡等原因产生轴电流, 可以在非轴伸端的轴承座与底板之间垫以绝缘垫板, 轴承固定螺钉对轴承座绝缘。为了避免其他电机附件导线绝缘破损造成的轴电流, 要求运行维修人员细致检查导线或垫片绝缘情况, 以消除不必要的轴电流隐患。

4 结语