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          電機工藝 | 滾珠軸承在電動工具電機中的選型應用詳解

          2020-11-12 15:25:44 813

          摘要

          電動工具電機中滾珠軸承選型應用是對電機的設計、制造、檢測、使用,維護等環節的工程技術人員需要具備的基本技能。隨著電動工具電機及其控制技術的成熟,應用更加廣泛,用量和范圍也大幅度擴大。在使用過程中,人們遇到了各種各樣的問題,這些問題主要包括電氣類問題和機械類問題。而機械問題中,軸承問題占主要部分。如果仔細剖析這些軸承問題,就會發現其中極少部分是軸承本身的質量問題。據有關廠商統計,在機械失效中軸承自身質量問題只占不超過百分之五。而其余的百分之九十五都是電機軸承的應用問題。作為電機工程師,軸承的應用問題是不可避免需要面對和解決的重要課題。軸承是機械動作執行元件的關鍵部件,同時軸承作為標準件很多設計因素都已經成為標準選配。軸承的應用技術就是對已經設計完成的軸承實現正確的選擇,校核計算,工藝使用,運行維護,運行監測,以及對軸承失效之后的分析。                                


          關鍵詞:精度等級、轉速、額定動載荷、壽命


          參考標準:GB/T 271-2017 / GB/T6391-2010 / ISO 281 2007


          1、前言

          滾珠軸承類型參考(GB/T 271-2017),其中深溝球軸承是電動工具電機中最經常使用的軸承類型,少量會使用到推力球軸承。軸承在電機中的使用生命周期以軸承的選擇為起點,以軸承的失效分析為重點。其中將滾動軸承正確的布置在電機結構當中,是軸承能夠充分發揮其作用最關鍵的一個步驟,通常電機軸承在電機結構中的布置會與軸承的選擇交雜在一起,反復迭代,相互校驗,最后成為軸承投入使用的起點,是后面所有可能發生的軸承問題的圖紙設計原點。


          2、電動工具電機中滾動軸承布置

          2.1 電機結構中的軸承及其作用

          常見的電動工具結構包括電機轉子(軸,轉子鐵芯、繞組)、定子(定子鐵芯、定子繞組、接線盒、端蓋、軸承蓋等)以及連接件(軸承、密封、碳刷等)等幾大組成部分。在所有的電機結構零部件中,有的承受軸、徑向負荷但是沒有自身內部的相對運動;有的自身以后內部的相對運動但是不承受軸、徑向負荷。只有軸承既承擔軸、徑向負荷同時在內部相對運動(內圈、外圈、滾動體的相對運動。)因此軸承本身是電機結構中的敏感部件。這也就決定了軸承在工業電機中的布置的重要性更加突出。

          電鉆解析圖

          2.2 滾動軸承在電機中的布置基本步驟

          滾動軸承在電動工具電機中的布置指的是工程師在進行電動工具電機結構設計的時候如何在軸系中將不同類型的軸承安放布置到系統中的過程。要實現正確的電機軸承布置,需要:

          第一步:了解滾動軸承在工具中的工作工況。其中包括:

          -  臥式電機還是立式電機

          電動工具有電鉆、電鋸、電鎬、電錘等不同類型,確認電機在中的安裝形式為立式和臥式對軸承而言,其負荷方向會有不同。對于臥式電機而言,重力會相對會是一個徑向負荷,而對于立式電機而言,重力相對會是一個軸向負荷。這將在很大程度上影響軸承的類型的選擇以及軸承在電機中的布置。

          -  電機要求的轉速情況

          電機的轉速要求會影響著軸承的大小以及軸承類型的選擇,同樣也會影響到軸承在電機中的配置方式。

          -  軸承動載荷計算

          根據電機轉速、額定功率/扭矩等參數,參考(GB/T6391-2010/ISO 281 2007)計算滾珠軸承的動載荷,選擇合適的滾珠軸承尺寸、精度等級等等。

          -    其他要求:比如軸向竄動要求、振動、噪聲、防塵、機座材質的差異,電機傾斜情況等。

          總之,在著手對電動工具電機軸承進行設計選型之前,需要對電機的實際工況進行全面了解,才能保證后面選型的合理可靠。

          第三步:確定軸承類型。

          根據前兩步,考慮軸承負荷和選擇的固定端和浮動端的軸系統結構,再根據軸承承載特性為固定端和浮動端選擇合適的軸承類型。

          3、典型電機軸承布置舉例

          電機軸承布置有很多種,常用的電機軸承結構有多種安裝與結構,下面以最為覺的雙深溝球軸承結構為例:

          3.1 雙深溝球軸承結構

          雙深溝球軸承結構是工業電機中最常見的軸系結構,其主要軸系支撐結構由兩個深溝球軸承組成。兩個深溝球軸承一同承受。

          如下圖所示:

          軸承剖切圖

          圖中軸伸端軸承為定位端軸承,非軸伸端軸承為浮動端軸承。兩端軸承承受軸系上的徑向負荷,同時定位端軸承(此結構中位于軸伸端)承受軸系的軸向負荷。

          通常這種結構的電機軸承布置適用于電機軸向徑向負荷不大的場合。常見的就是聯軸器連接負載的微小型電機結構。

          主要應用于電鉆類、電圓鋸、電錘、電鎬類工具上;

          4、總結

          本文針對電機中軸承布置的基本概念,方法步驟以及典型的一些布置方式進行了介紹。事實上,軸承布置是一個綜合知識點運用,需要工程師掌握軸承基本性能作為基礎。同時針對實際工況動態做靈活應用。軸承配置之后需要針對負荷情況對軸承進行各種校核計算,然后確定尺寸,進而可以確定圖紙里的公差配合等內容。再加上潤滑選擇,油路設計等一起,才能視作完成了軸承選型的圖紙工作。

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