很多工程師在對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)校核計(jì)算軸承的疲勞壽命。一般的，只要計(jì)算的壽命達(dá)到最小值就萬(wàn)事大吉了。甚至還有人希望計(jì)算的疲勞壽命越大越好。事實(shí)上，這里面存在一個(gè)很大的軸承選型校核計(jì)算的誤區(qū)。
軸承疲勞壽命校核計(jì)算僅僅是在既定要求的壽命下軸承可以選擇的最小尺寸校核。換言之，如果選擇的軸承計(jì)算的壽命校核計(jì)算值小于要求值，說(shuō)明軸承的負(fù)荷能力偏小，應(yīng)該選擇大一點(diǎn)的軸承。軸承疲勞壽命計(jì)算是對(duì)所選擇軸承負(fù)荷能力最小值的界定。
那么軸承負(fù)荷能力是不是越大越好呢？換言之是不是選擇的軸承體積越大越安全呢？答案是否定的！軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要最小負(fù)荷
首先，電機(jī)里常用的滾動(dòng)軸承內(nèi)部是使用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦的形成與表面粗糙度、硬度以及摩擦副表面徑向壓力有關(guān)。
對(duì)于軸承而言，已經(jīng)完成加工制造的軸承其表面粗糙度和硬度都已經(jīng)固定在一個(gè)范圍。那么影響滾動(dòng)摩擦的重要外界因素就是滾動(dòng)體與滾道表面的接觸力。
事實(shí)上，滾動(dòng)摩擦是用一個(gè)阻力力矩來(lái)度量的，也就是一個(gè)滾動(dòng)體在一個(gè)表面上滾動(dòng)所受的的與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力矩?？梢砸?jiàn)下圖所示：
考慮金屬?gòu)椥?一般軸承滾動(dòng)體硬度略大于滾道)，當(dāng)滾動(dòng)體受到負(fù)荷的時(shí)候，會(huì)在滾道上產(chǎn)生彈性形變，由于彈性形變，加之滾動(dòng)體的滾動(dòng)，使接觸受力點(diǎn)前移。由于表面形狀的原因，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)水平的與運(yùn)動(dòng)方向相反的力。這個(gè)力使得滾動(dòng)體產(chǎn)生一個(gè)自身的自轉(zhuǎn)，星辰滾動(dòng)，這個(gè)阻力就是滾動(dòng)表面的滾動(dòng)摩擦力。
我們?cè)O(shè)想，如果滾動(dòng)體與滾道之間正壓力很小，那么這個(gè)接觸力的水平(與接觸面水平)分量就會(huì)很小，這個(gè)力如果小到不能是滾動(dòng)體形成滾動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)滾道與滾動(dòng)體之間的滑動(dòng)。進(jìn)而出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦。
軸承最小負(fù)荷不足的失效形貌
當(dāng)滑動(dòng)摩擦出現(xiàn)，原來(lái)的潤(rùn)滑油膜狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，因此可能出現(xiàn)滾動(dòng)體與滾道表面的磨損。在軸承失效分析中的表面疲勞就會(huì)出現(xiàn)。
這種情況在電機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)，可以如下圖所示：
上圖中第一個(gè)是滾道表面在最小負(fù)荷不足的情況下出現(xiàn)表面疲勞的圖片，下圖是滾動(dòng)體表面的的表面疲勞圖片。
我們知道，一旦出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦，軸承內(nèi)部滾道滾動(dòng)體表面就會(huì)出現(xiàn)上述的痕跡，軸承就會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、噪聲等問(wèn)題。
改善軸承最小負(fù)荷不足的一些方法
如果電機(jī)軸承校核的時(shí)候沒(méi)有考慮最小負(fù)荷的部分，那么就有可能出現(xiàn)最小負(fù)荷不足導(dǎo)致的軸承內(nèi)部滑動(dòng)，進(jìn)而損傷滾、滾動(dòng)體的失效。對(duì)于這種故障，一般的建議如下：
1、改變電機(jī)軸承選型，在電機(jī)軸承選型的時(shí)候，除了使用壽命計(jì)算的方法對(duì)電機(jī)所需要軸承的最小負(fù)荷能力進(jìn)行選擇，從而界定出最小的軸承尺寸之外，還要通過(guò)最小負(fù)荷的校核計(jì)算界定出可以選擇的軸承最大負(fù)荷能力邊界，也就是界定可以選擇軸承的最大尺寸。同時(shí)避免疲勞壽命不足以及最小負(fù)荷不足的問(wèn)題。
2、如果電機(jī)已經(jīng)不能更改軸承選型，我們必須在周邊想辦法。從軸承最小負(fù)荷計(jì)算公式中可以看出(請(qǐng)關(guān)注“電工基礎(chǔ)”欄目關(guān)于最小負(fù)荷的計(jì)算的文章)，最小負(fù)荷與所選擇潤(rùn)滑的基礎(chǔ)油黏度相關(guān)，與電機(jī)的轉(zhuǎn)速相關(guān)。因此降低潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油黏度有助于降低最小負(fù)荷。但是這種處理需要工程師格外小心，避免基礎(chǔ)油黏度過(guò)低。
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