Способ ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины Советский патент 1991 года по МПК H02K15/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины, ожидаемый отказ которых связан с явлением усталостного износа.

Цель изобретения - уменьшение затрат и повышение производительности испытаний, а также обеспечение подобия радиальных постоянных, радиальных вращающихся и осевых нагрузок на подшипники электрической машины при ускоренных ресурсных испытаниях, что позволит получать достоверные результаты для оценки работоспособности подшипников в машинах.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Бесконтактная электрическая машина содержит когтеобразный ротор и внешний магнитопровод статора.

Ротор 1 машины установлен на шарикоподшипниках 2, 3 в расточках щитов 4. В местах посадки щитов 4 в корпус 5 установлены кольца 6. В корпусе размещен статор 7 с обмоткой 8 и обмотка возбуждения 9. На роторе предусмотрены места для установки балансировочных грузов 10, 11. Машина может охлаждаться прокачкой воды по каналам корпуса 5 (не показаны)или продувом воздуха при установке на вал ротора 1 вентилятора 12. Между наружным кольцом подшипника 3 и крышкой 13 с установленными в ней болтами 14 предусмотрено место для установки пружины 15.

Способ реализуется следующим образом.

Первоначально определяют значения радиальной постоянной Fn радиальной вращающейся FB, осевой Fa и эквивалентной динамической Рн нагрузок на каждый из подшипников машины в номинальном режиме.

После этого принимают произвольные значения для коэффициента Ку ускорения испытаний, силы Ртф, одностороннего магнитного тяжения и некоторого малого числа//. Затем вычисляют значения форсированных нагрузок на более нагруженный в номинальном режиме подшипник и коэффициента Kyi ускорения испытаний при действии силы РП1ф

Рпф 0,5(Ртф G);

п

РПФ /РВ;(1)

Раф / Ра;

РФ X 0 (Рг,ф рвф) ь Y раФ:

/Рф 1 - 0.52 (Рн } 1.24 АФ -: 0 52 где G - вес ротора:

.r.±G. 2 Fn

Ky1

Рпф. РВф, Раф. РФ - форсированные постоянная радиальная, вращающаяся радиальная, осевая и эквивалентная динамическая нагрузки;

т - коэффициент подобия нагрузок;

X, Y, 9- коэффициенты; Ян, Аф - гидродинамический параметр смазки.

Если I Ку - КУ11 //, то определяют знак 0 величины Ку - КУ1. При Ку - КУ1 0 значение Ртф уменьшают, а при Ку - Kyi 0 значение Ртф увеличивают и предыдущий расчет повторяют до тех пор, пока не будет выполнено условие I Ку - КУ11 //. Последнее зна- 5 чение Ртф и будет являться тем значением силы одностороннего магнитного тяжения в машине, которое следует обеспечить конструктивно путем смещения оси ротора относительно оси расточки статора на некото- 0 рый эксцентриситет е.

Значение эксцентриситета е определяют по формуле, представляющей зависимость между эксцентриситетом и силой одностороннего магнитного тяжения

58 //о до Fm ф,0

е- ,(4)

р (/Ж+/%)тлО ВЈ

где Цъ - магнитная проницаемость вакуума; д0 - односторонний зазор между рото- о ром и статором машины при их соосном расположении;

Ртф форсированное значение силы одностороннего магнитного тяжения, задаваемое при выборе коэффициента ускорения с испытаний;

pi.pic.p2t:- коэффициенты демпфирования магнитного поля;

f - коэффициент насыщения стали; D - диаметр расточки статора; 0 I длина расточки статора;

Во - магнитная индукция в зазоре в номинальном режиме при соосном расположении ротора и статора.

Значение эксцентриситета, вычислен- 5 ного по формуле (2), не должно превосходить значения 0.5 д0 по условию нормальной работы электрической машины.

В противном случае следует уменьшить значение Ку и полностью повторить расчет. 0Необходимо также проверить значения

контактных напряжений в подшипниках при значении Рф, определяемом по формуле (1), используя известные методики.

Смещение ротора 1 относительно рас- 5 точки статора 7 в направлении действия силы веса G ротора может быть обеспечено, например, доработкой подшипниковых щитов 4 путем их проточки в местах посадки в корпус 5 и установки в местах сьема металла колец 6. Наружные цилиндрические поверхности К колец б выполняют в этом случае радиально смещенными относительно цилиндрических поверхностей п щитов 4 на величину эксцентриситета е в направлении, противоположном действию силы веса G ротора.

Для проверки правильности выполненной доработки машины и уточнения значения коэффициента //подобия нагрузок определяют экспериментальное значение силы одностороннего магнитного тяжения одним из известных способов.

После этого машину устанавливают на амортизаторы (не показаны), включают, выводят в режим работы двигателя с номинальными значениями частоты вращения ротора, напряжения и тока в обмотке 8 статора 7 и тока в обмотке возбуждения 9. При установившемся тепловом состоянии машины проводят разбалансировку ротора 1 при помощи балансировочных грузов 10, 11, Разбалансировку проводят до увеличения амплитуды составляющей вибрационной скорости подшипниковых щитов 4. имеющей частоту вращения ротора, в / раз по сравнению с ее максимально допустимым значением в номинальном режиме. Этим обеспечивается требуемое по условию подобия нагрузок форсированное значение вращающейся нагрузки на обоих подшипниках машины.

Если в номинальном режиме работы осевые нагрузки на подшипники отсутствуют, то на этом этап подготовки машины к ускоренным испытаниям подшипников заканчивают. Амортизаторы снимают и проводят ускоренные испытания подшипников в опорах ротора машины при созданных форсированных радиальных постоянных и вращающихся нагрузок на подшипники. При этом испытания могут быть проведены как в указанном выше режиме двигателя, так и в режиме генератора или в многомашинном агрегате при условии, что для соединения валов машин применены нежесткие элементы, например, упругие муфты.

В ряде конструкций электрических машин подшипники качения имеют в номинальном режиме работы кроме радиальных и осевые нагрузки. Это может быть, например, осевая нагрузка, обусловленная осевым предварительным поджатием подшипников, нередко применяемым в конструкциях машин, или осевое усилие от вентилятора.

В тех случаях, когда на оба подшипника в номинальном режиме действует одинаковая осевая нагрузка обусловленная, например, осевым поджатием подшипников при

помощи пружины, поступают следующим образом. Между наружным кольцом подшипника 3 плавающей опоры и его крышкой 13 устанавливают пружину 15 (намри- 5 мер. оттарированную волнистую пружину). Ее сжимают в осевом направлении, например, посредством перемещения крышки 13 с помощью болтов 14 и фиксируют в положении, при котором сила от сжатия пружи- 0 ны будет в /раз больше ОСРВОЙ нагрузки на подшипники в номинальном режиме. Этим обеспечивается один и тот же коэффициент подобия радиальных и осевой нагрузок для обоих подшипников машины. 58 тех случаях, когда в номинальном режиме осевые нагрузки на подшипники обусловлены как осевым поджатием подшипников, так и нагрузкой от вентилятора 12 и не равны между собой, пружину 15 сжимают и 0 фиксируют в положении, при котором суммарная сила от сжатия пружины и других осевых нагрузок, в данном случае усилия от вентилятора, будет для одного из подшипников в г раз больше осевой нагрузки на 5 более нагруженный в номинальном режиме подшипник. Для другого подшипника машины значение коэффициента подобия осевой нагрузки будет завышенным по отношению к подшипнику с меньшей осевой нагрузкой 0 в номинальном режиме и несколько заниженным по отношению к подшипнику с большей осевой нагрузкой в номинальном режиме. Это не позволяет создать одновременно на оба подшипкикэ форсированные 5 нагрузки в tj раз больше нагрузок на более нагруженный в номинальном режиме подшипник. Однако, указанное обстоятельство имеет в ряде случаев и преимущества, так как позволяет получить по результатам од- 0 ного испытания информацию о состоянии подшипников как после ускоренной выработки всего заданного ресурса, так и его части, и оценить развитие динамики усталостного износа подшипников. 5При работе машины с номинальными

значениями частоты вращения ротора, напряжения и тока в обмотке статора, тока в обмотке возбуждения (в режиме ускоренных испытаний подшипников) магнитная 0 индукция в ее зазоре перераспределится вследствие введенной несоосности между ротором и статором, что создаст действующее в направлении силы тяжести форсированное значение силы одностороннего 5 магнитного тяжения Ртф, которое совместно с другими радиальными нагрузками, действующими на ротор, в том числе нагрузкой от веса G ротора, позволит создать суммарные постоянные радиальные нагрузки на

подшипниках машины, соответствующие выбранному коэффициенту подобия нагрузок Г}.

Форсированные вращающиеся радиальные на1 руэки на подшипники ротора, созданные за счет его разбэлансировки и рассчитываемые по известной методике, также в ц раз превысят соответствующие вращающиеся радиальные нагрузки в номинальном режиме.

При наличии одинаковых осевых нагрузок на подшипники машины в номинальном режиме их значения в форсированном режиме испытаний обеспечивают с тем же коэффициентом подобия rj за счет пружины осевого поджатия подшипников.

В результате созданных таким образом форсированных радиальных (постоянных и вращающихся) и осевых нагрузок в режиме ускоренных испытаний на оба подшипника действует эквивалентная динамическая нагрузка, обеспечивающая на обеих подшипниках требуемое знаиение выбранного коэффициента ускорения испытаний.

В том случае, когда в номинальном режиме работы осевые нагрузки на подшипники не равны друг другу, коэффициенты ускорения испытаний подшипников с форсированными нагрузками также будут разными.

Способ может быть реализован в электрических машинах разных типов и мощностей.

Он может быть применен при ускоренных испытаниях подшипников качения с жидкой или пластичной смазкой.

При испытаниях подшипников с пластичной смазкой известными способами помимо форсирования нагрузок применяют форсирование температуры смазки.

Предложенный способ позволяет реализовать и этот фактор ускорения испытаний подшипников.

Для этого подготовленную по данному способу машину помещают в термокамеру, создают в ней требуемый температурный режим для рабочей смазки и проводят уско- ренные испытания в соответствии с предлагаемым способом.

Формула изобретения

1. Способ ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины, при котором нагружают подшипники качения в радиальном и осевом направлениях, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат и повышения производительности испытаний, создают путем смещения ротора относительно расточки статора форсированную радиальную нагрузку, величина которой определяется коэффициентом подобия нагрузок как отношение радиальных нагрузок в форсировочном и номинальном режимах, и проводят разбалансировку ротора до получения при номинальной частоте вращения

на каждом из подшипников такого значения амплитуды вибрационной скорости, обусловленной небалансом ротора, что его отношение к максимально допустимому значению амплитуды этой скорости в номинальном режиме равно коэффициенту подобия нагрузок.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что перед испытаниями машины в ней

между наружным кольцом одного из подшипников и его крышкой устанавливают пружину, которую сжимают в осевом направлении и фиксируют в положении, при котором отношение значения созданной

осевой нагрузки на один из подшипников к значению осевой нагрузки на более нагруженный в номинальном режиме подшипник равно коэффициенту подобия нагрузок.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - снижение затрат и повышение производительности испытаний. Для этого форсированную радиальную постоянную нагрузку на подшипники качения создают силой одностороннего магнитного тяжения машины путем взаимного смещения осей ротора и расточки статора. Затем определяют коэффициент подобия нагрузок как отношение значений радиальных постоянных нагрузок в форсированном и номинальном режимах. Проводят разба- лансировку ротора на номинальной частоте вращения до получения на каждом щите машины такого значения амплитуды вибрационной скорости, обусловленной небалансом ротора, при котором его отношение к максимально допустимому значению амплитуды в номинальном режиме равно коэффициенту подобия нагрузок. 1 э.п.ф-лы, 1 ил. (/) С о ю 00 Ј ю