Способ испытания электродвигателя на ресурс Советский патент 1990 года по МПК H02K15/00 G01M15/00 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к ускоренным ресурсным испытаниям электрических машин.

Цель изобретения - сокращение времени испытаний и равномерное во времени приложение радиальной нагрузки к подшипникам.

На Аиг. 1 приведен двигатель с ро тором на шарикоподшипниках, ось вращения корпуса которого проходит через центр масс ротора; на Лиг.2 - двигатель с ротором ча шарикоподшип- ник&х, ось вращения корпуса ОХ ко- торого перпендикулярна оси вращения ротора и которую смещают при испытаниях на величину AY.

Ротор 1 электродвигателя с шарикоподшипниками 2 и 3, установлен в корпус 4. Ось вращения ОХ корпуса 4 перпендикулярна оси вращения OZ ротора 1 и проходит через центр масс ротора 1 (фиг, 1).

Ось вращения корпуса 4 перпенди- кулярна оси вращения OZ ротора 1 и при испытаниях может смещаться относительно оси ОХ на величину AY.

Смещение корпуса 4 можно осущест- вить, например, с помощью устройства включающего пару винт-гайка и направляющие, допускающие перемещение корпуса 4 в направлении, перпендикулярном оси вращения корпуса 4.

Увеличение частоты вращения рото- оа 1 с одновременным увеличением питающего напряжения выполняют с помощью известного преобразователя напряжения, включающего задающий генератор, блок питания постоянного тока преобразователь постоянного напряжения в переменное и регулируемый повышающий трансформатор.

Реверс ротора 1 двигателя, например с трехЛазной обмоткой, осуществ- ляют путем изменения чередования Ааз питающего напряжения.

В предлагаемый способ включены следующие операции:

1)нагружение ротора эксплуатаци- онным моментом;

2)периодическое включение двигателя с числом включений, равным ЧИСЛ пусков двигателя за ресурс;

3)нагруление подшипников ради-- альной нагрузкой путем лращения корпуса двигателя BOKpvr оси, перпенди кулярной оси вращения ротора двига™ теля;

,-

JQj

20

25 ,., .5

35

55

4) одновременное повышение частоты и напряжения питания в К раз,

где /n но Мо,с предельная частота вращения подшипника, пНО)Л - номинальная частота вращения подшипника) ;

Ь) с целью равномерного приложения радиальной нагрузки к шарикоподшипникам в процессе проведения испытаний периодически изменяют направление вращения ротора двигателя на противоположное через промежуток времени не менее 5 Т, где Т - постоянная времени для процесса выхода рото- .ра на установившийся режим вращения.

Предложенное техническое решение позволяет сократить время испытания на ресурс электродвигателя с шарикоподшипниками за счет того, что на вращающийся в подшипниках 2 и 3 (по оси OZ) ротор 1, обладающий кинетическим моментом, при вращении корпуса 4 двигателя относительно оси ОХ действует момент, стремящийся совместить ось вращения OZ ротора 1 с осью вращения ОХ корпуса 4. Поскольку ротор 1 двигателя не может перемещаться в плоскости, образованной осями OZ и ОХ, то этот момент прикладывается к подшипникам 2 и 3, нагружая их дополнительной радиальной нагрузкой.

Долговечность подшипника в рабочих часах можно выразить в виде

(c/P)p (106/69n), (1)

где - коэффициент, зависящий от

типа подшипника (для шари- 1 коподмипника однорядного

,7-1,4, в зависимости от УСЛОВИЙ применения подшипников;

С - динамическая грузоподъемность, Н;

Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

р - показатель степени (для шарикоподшипников

п - частота вращения, об/мин.

Из формулы (1) следует, что долговечность подшипника уменьшается в 8 раз при увеличении эквивалентной нагрузки в два раяа.

Эквивалентная динамическая нагрузка для подшипников рассчитывается в виде:

Р(Х V Kr+Y Fa) , (2)

515

где X - коэффициент радиальной нагрузки;

Y - коэффициент вращения (.при вращении внутреннего кольца подшипника относительно направления нагрузки , а в случае вращения наружного кольца ,2);

Fr - постоянная по величине и на- правлению радиальная нагрузка, 11;

FH - постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, И V - коэффициент осевой нагрузки; KS - коэффициент безопасности} К - температурный коэффициент. Используя уравнение (1) и пренебрегая в первом приближении изменением коэффициента и частоты враще- ния п, получаем продолжительность ускоренных испытаний L в виде:

L, Lh u-fЈbP to н vn-v ,

Рн

(3)

где L , - требуемый ресурс в часах при нормальном эксплуатационном моменте; Р - эквивалентная динамическая нагрузка при повышенной радиальной нагрузке подшипников, Н;

Р.. - эквивалентная динамическая м

нагрузка при нормальном

эксплуатационном нагружении подшипников.

Увеличение эквивалентной динамической нагрузки в данном способе осуществляется за счет увеличения ради-, альной нагрузки Vf.

Расчеты по опрепелению радиальной нагрузки показывают, что при симметричном расположении (фиг. 1) центра масс ротора 1 относительно опор 2 и 3, расстояние между которыми равно 1, усилия Р, и РЈ, действующие на каждый подшипник рассчитываются следующим образом;

R,

где М и - кинетический момент вращаю-

щегося ротора. Кинетический момент ротора равен

где 12 - момент инерции ротора,

Г-см-с2;

Я - частота вращения ротора,

рад/с.

Для шарикоподшипника 2 (фиг.1) радиальная нагрузка становится рав-

JQ

с 0

5

0

5

0 5

0

5

516

ной P /2+R2, т.е. увеличивается Р, (вес ротора).

При смещении оси вращения корпуса 4 (фиг. 2) относительно оси врапе- ния ОХ на величину дҐ появляется дополнительная нагрузка на подшипники 2 и 3, пропорциональная произведению массы ротора If р на (21Г Y- W.)2 , где и,, - частота вращения корпуса 4 относительно оси ОХ в об/с.

При увеличении частоты и напряжения питания (одновременно) продолжи-, тельность испытания на ресурс уменьшается пропорционально отношению Пу/п, где Пу - частота вращения ротора при повьпленной частоте напряжения питания, п„ - частота вращения ротора при номинальной частоте напряжения питания.

При периодическом изменении направления вращения ротора 1 двигателя на противоположное (фиг. 2) через промежуток времени 5 Т (Т - постоянная времени при разгоне ротора 1 до установившейся частоты вращения) радиальная нагрузка, обусловленная кинетическим моментом и приложенная к опорам 2 и 3, распределяется более равномерно за счет изменения на противоположное направление реакции опор.

Таким образом, реализация способа позволяет сократить время испытания на ресурс путем приложения радиальной нагрузки за счет введения новой совокупности операций, что приводит к увеличению радиальной нагрузки на шарикоподшипники. Кроме того, способ позволяет более равномерно распределить дополнительную радиальную наг грузку и проводить при испытании имитацию воздействия переменных по величине и направлению радиальных сил на опоры. I

Предлагаемый способ позволяет

значительно (примерно в 20-30 раз) сократить время испытания электродвигателя на ресурс путем увеличения при испытаниях (примерно в 2- 4 раза) радиальной нагрузки на шарикоподшипники.

Формула изобретения

1. Способ испытания электродвигателя на ресурс, при котором ротор нагружают эксплуатационным моментом, двигатель периодически включают с

числом включений, равным числу пусков двигателя за ресурс, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени испытаний, подшипники вращающегося ротора нагружают радиальной нагрузкой, путем вращения корпуса двигателя вокруг вертикальной оси, перпендикулярной оси вращения ротора и лежащей в перпендикулярной оси плоскости, проходящей через центр масс ротора.

2,Способ по п. отличающийся тем, что ось вращения корпуса проходит через центр масс ротора.

3.Способ по п. 1, о т л и ч .а ю- щ и и с я тем, что одновременно с нагруженном подшипников радиальной нагрузкой повышают частоту и напряже Р, Фаг 1

Составитель А.Кузьмин Редактор Т.Лазоренко Техред М.Дидык Корректор В.Гирняк

ние питания -электродвигателя в К рая, причем максимальную величину К определяют по формуле:

R--2il2 c

, ПНОМ

гДе п««кс предельная частота вращения подшипника;

n H0w - номинальная частота вра- щения подшипника.

4. Способ по п. отличающийся тем, что, с целью равномерного во времени приложения радиальной нагрузки к подшипникам, на- 5 правление вращения ротора электродвигателя периодически изменяют на противоположное через промежуток времени не менее 5Т, где Т - постоянная времени процесса выхода ротора на установившийся режим.

Изобретение относится к испытаниям электрических машин, в частности к ускоренным ресурсным испытаниям. Цель изобретения - сокращение времени испытаний. Нагружают подшипники 2 и 3 вращающегося ротора 1 дополнительной радиальной нагрузкой путем вращения корпуса 4 двигателя вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора двигателя, а также путем смещения оси вращения корпуса 4 двигателя относительно центра масс ротора 1 и повышения частоты и напряжения питания обмотки двигателя. Для равномерного приложения дополнительной радиальной нагрузки к подшипникам периодически изменяют направление вращения ротора 1 двигателя на противоположное. Увеличение радиальной нагрузки на подшипники приводит к повышению эквивалентной нагрузки, действующей на опоры, и, следовательно, к увеличенному износу шарикоподшипников, что и позволяет сократить время испытания электродвигателя на ресурс. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.