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    滚珠轴承在电动工具电机中的选型应用详解

    2020-11-12 15:25:44 19

    摘要

    电动工具电机中滚珠轴承选型应用是对电机的设计、制造、检测、使用,维护等环节的工程技术人员需要具备的基本技能。随着电动工具电机及其控制技术的成熟,应用更加广泛,用量和范围也大幅度扩大。在使用过程中,人们遇到了各种各样的问题,这些问题主要包括电气类问题和机械类问题。而机械问题中,轴承问题占主要部分。如果仔细剖析这些轴承问题,就会发现其中极少部分是轴承本身的质量问题。据有关厂商统计,在机械失效中轴承自身质量问题只占不超过百分之五。而其余的百分之九十五都是电机轴承的应用问题。作为电机工程师,轴承的应用问题是不可避免需要面对和解决的重要课题。轴承是机械动作执行元件的关键部件,同时轴承作为标准件很多设计因素都已经成为标准选配。轴承的应用技术就是对已经设计完成的轴承实现正确的选择,校核计算,工艺使用,运行维护,运行监测,以及对轴承失效之后的分析。                                


    关键词:精度等级、转速、额定动载荷、寿命


    参考标准:GB/T 271-2017 / GB/T6391-2010 / ISO 281 2007


    1、前言

    滚珠轴承类型参考(GB/T 271-2017),其中深沟球轴承是电动工具电机中最经常使用的轴承类型,少量会使用到推力球轴承。轴承在电机中的使用生命周期以轴承的选择为起点,以轴承的失效分析为重点。其中将滚动轴承正确的布置在电机结构当中,是轴承能够充分发挥其作用最关键的一个步骤,通常电机轴承在电机结构中的布置会与轴承的选择交杂在一起,反复迭代,相互校验,最后成为轴承投入使用的起点,是后面所有可能发生的轴承问题的图纸设计原点。


    2、电动工具电机中滚动轴承布置

    2.1 电机结构中的轴承及其作用

    常见的电动工具结构包括电机转子(轴,转子铁芯、绕组)、定子(定子铁芯、定子绕组、接线盒、端盖、轴承盖等)以及连接件(轴承、密封、碳刷等)等几大组成部分。在所有的电机结构零部件中,有的承受轴、径向负荷但是没有自身内部的相对运动;有的自身以后内部的相对运动但是不承受轴、径向负荷。只有轴承既承担轴、径向负荷同时在内部相对运动(内圈、外圈、滚动体的相对运动。)因此轴承本身是电机结构中的敏感部件。这也就决定了轴承在工业电机中的布置的重要性更加突出。

    电钻解析图

    2.2 滚动轴承在电机中的布置基本步骤

    滚动轴承在电动工具电机中的布置指的是工程师在进行电动工具电机结构设计的时候如何在轴系中将不同类型的轴承安放布置到系统中的过程。要实现正确的电机轴承布置,需要:

    第一步:了解滚动轴承在工具中的工作工况。其中包括:

    -  卧式电机还是立式电机

    电动工具有电钻、电锯、电镐、电锤等不同类型,确认电机在中的安装形式为立式和卧式对轴承而言,其负荷方向会有不同。对于卧式电机而言,重力会相对会是一个径向负荷,而对于立式电机而言,重力相对会是一个轴向负荷。这将在很大程度上影响轴承的类型的选择以及轴承在电机中的布置。

    -  电机要求的转速情况

    电机的转速要求会影响着轴承的大小以及轴承类型的选择,同样也会影响到轴承在电机中的配置方式。

    -  轴承动载荷计算

    根据电机转速、额定功率/扭矩等参数,参考(GB/T6391-2010/ISO 281 2007)计算滚珠轴承的动载荷,选择合适的滚珠轴承尺寸、精度等级等等。

    -    其他要求:比如轴向窜动要求、振动、噪声、防尘、机座材质的差异,电机倾斜情况等。

    总之,在着手对电动工具电机轴承进行设计选型之前,需要对电机的实际工况进行全面了解,才能保证后面选型的合理可靠。

    第三步:确定轴承类型。

    根据前两步,考虑轴承负荷和选择的固定端和浮动端的轴系统结构,再根据轴承承载特性为固定端和浮动端选择合适的轴承类型。

    3、典型电机轴承布置举例

    电机轴承布置有很多种,常用的电机轴承结构有多种安装与结构,下面以最为觉的双深沟球轴承结构为例:

    3.1 双深沟球轴承结构

    双深沟球轴承结构是工业电机中最常见的轴系结构,其主要轴系支撑结构由两个深沟球轴承组成。两个深沟球轴承一同承受。

    如下图所示:

    轴承剖切图

    图中轴伸端轴承为定位端轴承,非轴伸端轴承为浮动端轴承。两端轴承承受轴系上的径向负荷,同时定位端轴承(此结构中位于轴伸端)承受轴系的轴向负荷。

    通常这种结构的电机轴承布置适用于电机轴向径向负荷不大的场合。常见的就是联轴器连接负载的微小型电机结构。

    主要应用于电钻类、电圆锯、电锤、电镐类工具上;

    4、总结

    本文针对电机中轴承布置的基本概念,方法步骤以及典型的一些布置方式进行了介绍。事实上,轴承布置是一个综合知识点运用,需要工程师掌握轴承基本性能作为基础。同时针对实际工况动态做灵活应用。轴承配置之后需要针对负荷情况对轴承进行各种校核计算,然后确定尺寸,进而可以确定图纸里的公差配合等内容。再加上润滑选择,油路设计等一起,才能视作完成了轴承选型的图纸工作。

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