Типы подшипников качения, применяемые в электродвигателях
В электродвигателях с подшипниками качения применяется следующая конструктивная схема их крепления: со стороны привода — подвижная опора, со стороны свободного конца вала — фиксированная опора. Подшипники классифицируются по ряду признаков. По направлению воспринимаемой ими нагрузки они делятся на радиальные, радиально-упорные и упорные; по форме тел качения — на шариковые и роликовые с цилиндрической, конической и сферической формой роликов. По количеству тел качения радиальные и радиально-упорные подшипники делятся на однорядные и многорядные. Основные типы подшипников качения, установленных на электродвигателях, представлены на рис. 1.
Рис. 1. Наиболее употребляемые типы подшипников, установленных на электродвигателях:
а - шарикоподшипник радиальный однорядный типа 0000; б, в - то же с защитными шайбами типов 60000 и 80000; г, д - то же, заполненные смазкой на заводе- изготовителе типов 160 000 и 180 000; е - роликоподшипники радиальные с короткими цилиндрическими роликами типов 2000 и 32000; ж — шарикоподшипники радиально-упорные типов 46000 и 66000; з - роликоподшипники радиальные двухрядные сферические типов 3000 и 13000
Планирование периодичности замены смазки и подшипников качения
Надежность и срок службы подшипников электродвигателей в процессе эксплуатации зависит от многих факторов. К их числу следует отнести: вибрацию; качество сочленения электродвигателя с приводным механизмом; запыленность; влажность; наличие агрессивных примесей в окружающей среде; температуру подшипников; тип применяемой смазки и периодичность ее замены; принятую стратегию технического обслуживания и соблюдение технологии ремонта. Эти факторы в значительной степени влияют на срок службы и надежность работы подшипников в процессе эксплуатации.
Для подшипников скольжения долговечность их зависит также от частоты пусков и остановов, так как на частоте вращения ниже номинальной износ подшипников больше.
Подшипники качения, как правило, не оснащены датчиками и аппаратурой для его теплового, вибрационного и других видов контроля. Подшипники скольжения имеют только температурный контроль. По изложенным соображениям, а также из-за отсутствия диагностической аппаратуры эксплуатационный и ремонтный персонал имеет крайне ограниченную информацию о состоянии подшипникового узла.
Большой статистический материал, полученный путем наблюдения и анализа работы электродвигателей в процессе эксплуатации, дал возможность выявить закономерности срока службы подшипников. Обработка полученных результатов методами математической статистики дает возможность анализировать и прогнозировать срок службы подшипников, планировать сроки вывода электродвигателей и ремонт для замены подшипников, учитывать необходимое количество запасных подшипников различных типов и тл.
Проведенный анализ показывает, что для электродвигателей с горизонтальным расположением вала срок службы подшипников качения со стороны привода значительно меньше (в 1,6 раза), чем со стороны свободного конца вала. Это объясняется тем, что указанный подшипник несет большие механические нагрузки, связанные с передачей вращающего момента и влияния качества центровки валов электродвигателя и механизма.
В электродвигателях с вертикальным расположением вала меньший срок службы (в среднем на 37 %) имеет подшипник, расположенный со стороны свободного конца вала. Это связано с тем, что кроме радиальной нагрузки он нагружен осевым усилием от массы ротора электродвигателя. Средний срок службы подшипников с частотой вращения ротора 750 об/мин больше, чем подшипников с частотой 1500 об/мин, так как процесс износа дорожек, сепараторов и тел качения ускоряется с увеличением частоты вращения.
На рис. 2 представлены ступенчатые графики (гистограммы) и кривые, сглаживающие эти ступенчатые фигуры (называемые распределением Вейбулла) срока службы подшипников электродвигателей АВ-113-4М и АР-500. По вертикальной оси отложено значение, равное числу замен подшипников в каждом временном интервале. Используя полученные результаты, можно рассчитать вероятность безотказной работы подшипниковых узлов для любого периода эксплуатации.
Определив экспериментально параметры распределения Вейбулла, теперь можем рассчитывать вероятность безотказной работы подшипников для различных периодов эксплуатации. На рис. 3 показаны зависимости вероятности безотказной работы обоих подшипников электродвигателя АР-500 с подшипниками скольжения. Вероятность безотказной работы обоих подшипников электродвигателя как система из последовательно соединенных двух элементов определяется по формуле
где Рп у (г) — вероятность безотказной работы обоих подшипников; Рп с (г) — вероятность безотказной работы подшипника со стороны свободного вала; Рп п (г) _ вероятность безотказной работы подшипника со стороны привода.
С учетом анализа преобладающих воздействий на срок службы подшипников разрабатываются мероприятия, повышающие эксплуатационную надежность конкретного типа электродвигателя и подшипника.
Рис. 2. Гистограммы и теоретические кривые плотности вероятности срока службы подшипников электродвигателей:
Зависимость вероятности безотказной работы обоих подшипников электродвигателя АР-500 с подшипниками скольжения
а - радиально-упорный широкоподшипник №66322, расположенный со стороны свободного вала электродвигателя АВ-113-4М вертикального исполнения; б - роликоподшипник № 32322, расположенный со стороны полумуфты электродвигателя АВ-113-4М; в, г - подшипники скольжения со стороны полумуфты и свободного конца вала электродвигателя АР-500 (500 кВт, 3000 об/мин); п1 - эмпирические частоты; п. - теоретические частоты
Рис. 4. Кривые вероятности безотказной работы радиально-упорного подшипника №46330 со стороны свободного конца вала электродвигателя типа ВА-12-41-4 при периодичности замены смазки 0,5 и 1 год
Предпосылкой повышения надежности подшипников качения мощных электродвигателей является создание стабильного гидродинамического режима смазки между телами и дорожками качения в течение всего срока эксплуатации. При этом уменьшается износ рабочих поверхностей подшипника из-за отсутствия взаимодействия микронеровностей.
В процессе эксплуатации в смазке происходят кристаллизация и агрегация частиц дисперсной фазы, химическое взаимодействие компонентов смазки или смазки и внешней среды, процесс испарения и др.
Замена смазки в некоторой степени восстанавливает работоспособность подшипникового узла, и, следовательно, периодичность замены влияет на эксплуатационную надежность узла. Если принять, что подшипниковый узел восстанавливает свою работоспособность при замене смазки на 5 %, то можно определить надежность подшипникового узла при различной периодичности замены смазки.
На рис. 4 построены кривые вероятности безотказной работы радиально-упорного подшипника №46330 со стороны свободного вала электродвигателя типа ВА-12-41-4 (Р= 500 кВт, п = 1500 об/мин) при периодичности замены смазки 0,5 и 1 год, при этом вероятность безотказной работы подшипника изменяется на 0,093 (9,3 %). Следовательно, изменив график технического обслуживания подшипников в зависимости от назначения и степени ответственности механизма, можно повысить надежность эксплуатации электродвигателей.
