轴承选型计算|卧式电机受力分析

1　基本知识

电机的轴承选型及设计过程中，需要考虑受设计工况、运行环境和制造精度的影响。一般情况下，电机轴承的主要受力包括：1.电机转子的自重（包括轴系中联轴器和滑环重量）；2.电机运行中的单边磁拉力；3.电机运行中的振动载荷；4.电机转子不平衡引起不平衡力；5.其他外加载荷。因此，要准确的选型一组电机轴承，首先需要对其受力进行了解和分析。

2　受力简图及说明

G1：转子重量，kg

G2：滑环重量，kg

Fm：单边磁拉力，kN

Fva：轴向振动冲击载荷，kN

Fvh：水平振动冲击载荷，kN

Fvv：垂直振动载荷，kN

G6.3：转子不平衡精度等级，mm/s

Fa：外部轴向载荷，kN

Fr：外部径向载荷（如联轴器重量等），kN

Fs：弹簧预紧力，kN

D：转子长度，mm

L1、L2：转子重力、不平衡力、径向激振力与驱动端轴承、非驱动端轴承的距离，mm

X：转子单边磁拉力与转子重心间的距离，mm

B：外部载荷与轴承间的距离，mm

E：滑环与轴承间的距离，mm

3　轴承受力计算

电机中滚动轴承，按照所承受载荷的方向不同，分为轴向载荷和径向载荷。因卧式电机本身的结构决定，轴承所受轴向载荷均比较单一，主要包括外部轴向载荷、轴向振力以及弹簧预紧力。在本文中，外部载荷、轴向振动力由固定端轴承承受，弹簧预紧力由浮动端轴承承受，即：

卧式电机所承受的径向载荷相对复杂，根据力的位置和方向不同，对电机轴承的影响不同。因此，电机轴承所承受的径向载荷是其重力、单边磁拉力、振动冲击力、不平衡力以及外部载荷的总和，即：

在计算轴承受力之前，先对轴系中的径向力进行分类。转子、滑环、联轴器等自重力，大小和方向均为恒定。因此，其对轴承产生的作用力也是恒定的，即：

单边磁拉力的计算较为复杂，在通常情况下，该值由电机设计厂家提供。按照美国西屋公司单边磁拉力的简化算法，其值Fm表述为：

将电机的单边磁拉力作用在卧式电机的两个轴承上，其大小和方向均为变化的。在此，我们只考虑单边磁拉力Z大的情况，即：

振动负荷对卧式电机的影响可由牛顿第二定律进行计算。需要指出的是，实际的振动负荷是瞬态的，并同时作用在各个方向上，其核算方法也非常复杂。为简化计算，本文遵从ISO10816的定义，取轴向、水平和垂直三个方向的Z大值，即

（M为转子质量，kg；a为振动加速度，）。则有:

转子不平衡力由客户给定的转子不平衡精度计算得出，在不同的转速下，其对应产生的不平衡力是不同的。本文采用许用不平衡度的计算方法取值Z大的不平衡力，即：

将转子的不平衡力作用在卧式电机的两个轴承上，其方向随不平衡量位置的变化而变化，即：

其他外来载荷，本篇不再赘述。在计算中，根据实际情况进行分解。

电机轴承承载的以上所有负荷中，只有转子或部件的自重力为恒力。其他如单边磁拉力、振动冲击?、不平衡力均为动态甚至瞬态力。因此，在综合计算轴承所承载的负荷时，一般先进行Z大负荷的计算。当所有动态力作用在同一方向，且与所有恒力的合力也在同一方向时，轴承所受的负荷Z大，即：

在实际的工况中，所有动态力几乎不可能同时满足Z大且在同一方向的条件。如果按照Z大径向负荷作为选择轴承的输入载荷，将极可能出现Z小负荷不足的问题。因此，为平衡轴承寿命和Z小负荷的影响，根据公司技术团队的应用经验，在轴承寿命计算时，所受径向力按轴承所承受恒力和单边磁拉力的100%外加其他瞬态力的33.3%进行计算，并按轴承理论所受Z大负荷的100%计算轴承的静安全系数。即：

（来源：湖南崇德科技股份有限公司）