電機軸承負荷計算之軸承受力計算

昌暉儀表曾闡述過電機軸承承受的負荷情況，對電機軸承所承受的負荷計算過程中哪些負荷需要計入計算，哪些不需要計入計算等做了說明。對與上述問題清楚之后就需要計算電機軸系統中每一個軸承在工作情況下所需要承受的負荷。

本文依然用內轉式臥式電機舉例。假設電機軸系統中軸伸端為定位端，非軸伸端為浮動端。內轉式臥式電機軸承受力如下圖所示：

圖中左側軸承為驅動端軸承，我們稱驅動端軸承為1號軸承。在圖中的軸承布置中，驅動端軸承是定位端。1號軸承上的徑向負荷為F_r1,軸向負荷為F_1a。

圖中右側軸承為非驅動端軸承，我們稱非驅動端中軸承為2號軸承。圖中的軸承布置中，非驅動端軸承為浮動端。2號軸承上的徑向負荷為F_2r，軸向負荷為F_2a。

電機軸伸端承受徑向負荷Fr以及軸向負荷Fa。(關于Fr和Fa的計入問題，請參考《如何考慮電機功率或者轉矩對負荷的影響》和《聊聊立式電機和臥式電機軸承承載差異》兩篇軸承負荷計算相關文章)。

圖中G為電機轉子重力。在前面的文章中已經講，臥式電機轉子重力是一個徑向負荷，其作用點是在轉子質心位置。

圖中，我們用右端軸承位置作為尺寸基準(尺寸基準可以根據實際圖紙決定，本圖僅做舉例說明，并非存在某種原則，請讀者不要誤解）。轉子質心距離浮動端軸承的距離為L₁；固定端軸承距離浮動端軸承的位置為L₂；軸伸端受力點距離浮動端軸承距離為L₃。

因此由圖中我們可以得到如下受力分析。
徑向負荷關系：F_1r+F_2r=G+F_r
力矩關系：G×L₁+F_r×L₃=F_1r×L₂
則F_1r=(G×L₁+F_r×L₃)/L₂；F_2r=G+F_r-(G×L₁+F_r×L₃)/L₂，由此，我們可以得到1號軸承的徑向負荷F_1r和2號軸承的徑向負荷F_2r。

由軸承配置相關知識可知，一端定位一端浮動的軸承配置結構，軸向負荷由定位端軸承承擔。因此在這個例子里，有：F_1a=F_a；F_2a=0

請注意，圖中畫的是軸承承受的軸向負荷方向，不是軸系支反力方向。軸受到支反力的方向是與外界軸向負荷方向相反的，而軸承受到的軸向負荷與外界軸向負荷方向相同。至此，我們得到了這個結構中兩個軸承承擔的徑向負荷和軸向負荷。

對于立式電機而言，立式電機軸承受力如下圖所示

圖中用非軸伸端作為定位端，軸伸端作為非定位端。定義定位端軸承為1號軸承，浮動端軸承為2號軸承。1號軸承承受的軸向力為F_1a；徑向負荷為F_1r。2號軸承承受的軸向負荷為F_2a；徑向負荷為F_2r。軸端承受的軸向負荷為F_a；徑向負荷為F_r。轉子重力為G，依然作用于質心。兩個軸承間距L₁；軸端受力點與定位端軸承距離為L₂。

由上圖，我們作如下受力分析：
徑向負荷關系：F_1r+F_2r=F_r
力矩關系：F_r×L₂=F_2r×L₁
則F_2r=(F_r×L₂)/L₁；F_1r=F_r-(F_r×L₂)/L₁，由此，可以得到1號軸承的徑向負荷F_1r；2號軸承的徑向負荷F_2r。

由軸承配置的相關知識我們知道，兩個軸承的軸向負荷分別為：F_1a=G+F_a；F_2a=0

請注意，圖中畫的是軸承承受的軸向負荷方向，不是軸系支反力方向。軸受到支反力的方向是與外界軸向負荷方向相反的，而軸承受到的軸向負荷與外界軸向負荷方向相同。

至此，我們得到了這個結構中兩個軸承承擔的徑向負荷和軸向負荷。

工程師可以使用本篇文章介紹的方法進行相關電機軸承受力計算。通過這些計算我們可以得到軸承承受的軸向力和徑向力。但是如何將軸承的軸向負荷和徑向負荷折算成當量負荷從而進行軸承壽命計算呢？軸承當量負荷的含義是什么？軸承壽命計算的本質含義是怎樣的？實際工況中的軸承壽命與壽命計算之間的關系存在怎樣的差異怎樣進行修正？這樣的修正才是更貼近實際的？敬請關注電工基礎欄目的相關文章