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電機(jī)軸承的電蝕

電機(jī)軸承的電蝕

 

為提高電動機(jī)效率,變頻器控制是有效的手段之一,提高控制頻率(載頻)可使電動機(jī)更高效工作,而隨著載頻提高,高頻電流流過軸承會產(chǎn)生電蝕,這種損傷也稱為高頻電蝕。其在2004年之前很少見,但之后在家電和工業(yè)設(shè)備的變頻控制電動機(jī)中越來越常見。下面就介紹通用電動機(jī)和家用電動機(jī)用小型電機(jī)軸承電蝕的應(yīng)對方法和特點(diǎn)。

 

高頻電蝕與常規(guī)電蝕的現(xiàn)象相同,即旋轉(zhuǎn)期間電流流過套圈和滾動體間的接觸區(qū),使接觸表面發(fā)生部分熔化,變得粗糙。在明顯電蝕的情況下偶爾也出現(xiàn)緞狀表面或波紋狀磨損,稱為脊?fàn)钣『刍蛲呃悴?/span>(下文稱為脊痕)。高頻電蝕特指由變頻設(shè)備高頻噪聲帶來的軸承損傷,定義為安裝在變頻控制旋轉(zhuǎn)設(shè)備(電動機(jī)等)或靠近變頻控制設(shè)備附件的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的軸承產(chǎn)生的現(xiàn)象。圖1為由高頻電蝕在變頻驅(qū)動風(fēng)扇電機(jī)軸承上引起的脊痕。稱之為脊痕的粗糙峰發(fā)生在一套軸承滾動體數(shù)的整數(shù)倍的位置處,因滾動體滾過這樣的粗糙表面而引起非常大的噪聲和振動,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)設(shè)備噪聲增大、可靠性降低。圖2為脊痕的掃描電鏡( SEM)照片,觀察到大量微小放電印痕,且已證實(shí)滾動體滾過引起某些特征發(fā)生變形。

1 6201球軸承內(nèi)圈溝道上的脊痕


2 6201球軸承內(nèi)圈溝道上脊痕的SEM照片

NSK通過高頻電蝕的再現(xiàn)試驗(yàn),研究了軸承絕緣擊穿電壓與油膜參數(shù)Λ、軸承振動與油膜參數(shù)、高頻電流與軸承振動等關(guān)系,給出了抑制和防止高頻電蝕的措施:

1)與電力分布有關(guān)的措施

減小Λ

使用導(dǎo)電脂;

使用導(dǎo)電密封。

2)與絕緣有關(guān)的措施:

增加Λ;

使套圈或滾動體絕緣。

 

油膜參數(shù)最小化

通過將Λ保持在較小水平可抑制軸承振動水平上升,然而在實(shí)際旋轉(zhuǎn)設(shè)備中,Λ隨潤滑劑、轉(zhuǎn)速、溫度及載荷而變化,難以控制。另外,當(dāng)Λ太小時(shí)套圈和滾動體直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)增加,可能引起磨損或卡死失效。盡管在延長高頻電蝕的壽命方面有效,但不是一種完美的防止措施。

 

采用導(dǎo)電脂

軸承中預(yù)填導(dǎo)電脂(如混有碳粉的鋰皂脂等),由于碳粉隨時(shí)間的退化,難以維持長期導(dǎo)電,也不是完美的防止措施。

 

采用導(dǎo)電密封

當(dāng)內(nèi)外圈間產(chǎn)生旁路時(shí),通過在接觸密封的橡膠中加入碳粉可使軸承導(dǎo)電,可抑制流過軸承的電流。但是與導(dǎo)電脂的情況類似,電阻值隨時(shí)間而增加,認(rèn)為是導(dǎo)電密封與動圈的接觸面積逐漸磨小,導(dǎo)致導(dǎo)電性失效;或是因?yàn)轭A(yù)填潤滑脂的泄漏在密封接觸區(qū)形成了油膜,失去導(dǎo)電性。

 

油膜參數(shù)最大化

同上面分析的一樣,Λ隨潤滑劑、轉(zhuǎn)速、溫度及載荷而變化,難以控制。

 

采用絕緣材料

陶瓷作為軸承零件材料具有高的絕緣性能和力學(xué)性能。陶瓷具有非常大的絕緣電阻且不像油膜那樣不穩(wěn)定,所以使用這種材料作為應(yīng)對措施最有效。從方便、工作性能及成本考慮,在通用電動機(jī)和家用電動機(jī)所用直徑相對較小的球軸承中一般使用陶瓷球。

 

高頻電蝕抑制或防止措施的幾種方法的試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如圖3所示。與裝有正常鋼球的軸承相比,預(yù)填導(dǎo)電脂的軸承或配有導(dǎo)電密封的軸承減小了高頻電蝕損傷(振動增加),但難以徹底避免這種損傷,在試驗(yàn)后檢測軸承內(nèi)部仍觀察到高頻電蝕損傷。因?yàn)檠b有陶瓷球的軸承不傳導(dǎo)高頻電流,軸承振動極少上升,且試驗(yàn)后檢測軸承內(nèi)部未觀察到高頻電蝕損傷。

3 由高頻電蝕引起的軸承振動上升的實(shí)測結(jié)果

電機(jī)的類型繁多,電機(jī)軸承的配置多樣,為了防止電機(jī)軸承產(chǎn)生電蝕,人們采取了各種措施,如套圈的絕緣涂層、陶瓷滾動體、絕緣端蓋(端蓋與機(jī)座連接部分的絕緣)、涂層軸、附加電刷短路、導(dǎo)電脂等等,但單一方法各有優(yōu)缺點(diǎn),有些損傷機(jī)理還有待進(jìn)一步了解,需要在應(yīng)用和研究中不斷探索。

 

 

 


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