Способ ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины

 

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 разбалансировку 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

Г ОГОЗ СОЮЗЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

< llew Н 02 К 15/16

ГОСУДАР CTf3E Hl АЛЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 б!

9 5 б 4

Ь (21) 4445597/07 (22) 22. 0 б. 88 (46) 15.02.91. Бюл. M 6 (71) Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики (72) M.М.Камша и Н.Ф.Кузнецов (53) 621.313,04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 928534. кл. H 02 К 5/00, 1982, (54) СПОСОБ УСКОРЕННЫХ РЕСУРСНЫХ

ИСПЫТАНИЙ ПОД!БИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

В ОПОРАХ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относигся к электротехнике. Цель изобретения — снижение затрат и повы ш ение и роиэ води тел ьности испытаБ Ы 1628149 А1 ний. 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 KBK отношение значений радиальных постоянных нагрузок в форсированном и номинальном режимах, Проводят разбалансировку 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.

1628149

F„Ф +G

))

2 F< (1) F«p = 0,5 (Fm

Р,Ф= Г.;

F.q=qF., Py=X 0(F„p Г,,) YF,„, Р1, 1.24 )„— 0,52

Ky< =

Рл 1,24 <.ф — 0 52 где G — вес ротора:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины, ожидаемый отказ которых связан с явлением устдлостного 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 F, радиальной вращающейся F,, осевой Г, и эквивалентной динамической P нагрузок на каждый из подшиг<ников машины в номинальном режиме.

После этого принима<от произвольные значения для коэффициента Ку ускорения испытаний, силы Fm

FÄ4,, F,4,, F;,ô, Рф — форсированные постоянная радиальная, вращающаяся радиальная, осевая и эквивалентная динамическая нагрузки;

5 r — коэффициент подобия нагрузок;

X, Y, 0- коэффициенты; 4, ф — гидродинамический параметр смазки.

Если I Ky — Ку1 > p, то определяют знак

10 величины Ky — Ky<, При Ky — Ky> < 0 значение

Fm4 Уменьшают, а пРи ʄ— К„1 > 0 значение

Fm4, Увеличивают и пРедыдУщий Расчет повторяют до тех пор, пока не будет выполнено условие IKy К„< I Sp. Последнее зна15 чение Fmy и будет являться тем значением силы одностороннего магнитного тяжения в машине, которое следует обеспечить конструктивно путем смещения оси ротора относительно оси расточки статора на некото20 рый эксцентриситет е.

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

25 8йо до Fm ф е— (2)

Р1 (Р + S) AD I В2 где рь — магнитная проницаемость вакуума; до — односторонний зазор между ротором и статором машины при их соосном расположении;

Еп<ф — форсированное значение силы одностороннего магнитного тяжения, задаваемое при выборе коэффициента ускорения

35 испытании; р<,/э<г, p. — коэффициенты демпфирования магнитного поля;

f — коэффициент насыщения стали;

<< — диаметр расточки статора;

4p — длина расточки статора;

 — магнитная индукция в зазоре в номинальном режиме при соосном расположении ротора и статора, Значение эксцентриситета, вычислен45 ного по формуле (2), не должно превосходить значения 0,5 (4 по условию нормальной работы электрической машины.

В противном случае следует уменьшить значение Ку и полностью повторить расчет.

5р Необходимо также проверить значения контактных напряжений в подшипниках при значении Рф, определяемом по формуле (1), используя известные методики.

Смещение ротора 1 относительно расточки статора 7 в направлении дейс1вия силы веса G ротора может быть обеспечено. например, доработкой подшипниковых щитов 4 путем их прото <ки в местах посадки в корпус 5 и установки в местах cbeMa металла колец 6. Наружные цилиндрические повер1628149

10

55 хности К колец б выполняют в этом случае радиально смещенными относительно цилиндрических поверхностей и щитов 4 нз величину эксцентриситетз е в направлении, противоположном действию силы веса G ротора.

Для проверки правильности выполненной доработки машины и уточнения значения коэффициента у 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 )) раэ 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 но линальном режиме работы осевые нагрузки на подшипники отсутСтвуют. то на этом этап подготовки машины к ускоренным испытаниям подшипников заканчивают, Амортиза1оры снимают и проводят ускоренные испытания подшипников в опорах ротора машины при созданных форсированных радиальных постоянных и вращающихся нагрузок нз подшипники.

При этом испытания могут быть проведены как в указанном выше режиме двигателя, так и в режиме генерзгорз 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 нзгруэка, 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

50 помощи пружины, поступают следующим образом. Между наружным кольцом подшипника 3 "плавающей опоры" и его крышкой 13 устанавливают пружину 15 (например, оттарированную волнистую пружину).

Ее сжимает в осевом направлении. например, посредством перемещения крышки 13 с помощью болтов 14 и фиксируют в положении, при котором сила от сжатия пружины будет в у раз больше ос вой нагрузки на подшипники в номинальном режиме. Этим обеспечивает я один и тот же коэффициент подобия радиальных и осевой нагрузок для обоих подшипников машины.

В 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 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 у раэ больше осевой нагрузки на 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 в номинальном режиме и несколько заниженным по отношению к подшипнику с большей осевой нагрузкой в номинальном режиме. Это не позволяет создать одновременно на оба подшипкика форсированные нагрузки в у 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 одного испытания информацию о состоянии подшипников как после ускоренной выработки всего заданного ресурса, так и его части, и оценить развитие динамики усталостного износа подшипников.

При работе машины с номинальными значениями частоты вращения ротора, напряжения и тока в обмотке статора, тока в обмотке возбуждения (в режиме ускоренных испытаний подшипников) магнитная индукция в ее зазоре перераспределится вследствие введенной несоосности между ротором и статором, что создаст действующее в направлении силы тяжести форсированное значение силы одностороннего магнитного тяжения Fmy, которое совместно с другими радиальными нагрузками, действующими на ротор, в том числе нагрузкой от веса G ротора. позволит создать суммарные постоянные радиальные нагрузки на 628149

Формула изобретения

Составитель B.Èãíàòîâ

Техред М.Моргентал Корректор M.Øàðoøè

Редактор В.Ковтун

Заказ 346 Тираж 333 Подписное

ВНИИПИ! осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 подшипниках машины, соответствующие выбранному коэффициенту подобия нагрузок g.

Форсированные вращающиеся радиальные нагрузки на подшипники ротора, созданные за счет его разбалансировки и рассчитываемые по известной методике, также в у раз превысят соответствующие вращающиеся радиальные нагрузки в номинальном режи ле, При наличии одинаковых осевых нагрузок на подшипники машины в номинальном режиме их значения s форсированном режиме испытаний обеспечивают с тем же коэффициентом подобия 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 значение 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 уско5 ренные испытания в соответствии с предлагаемым способом.

10 1. Способ ускоренных ресурсных испытаний подшипников качения в опорах ротора электрической машины, при котором нагружают подшипники качения в радиальном и осевом направлениях, о т л и ч а ю15 шийся тем, что, с целью снижения затрат и повышения производительности испытаний, создают путем смещения ротора относительно расточки статора форсированную радиальную нагрузку, величина которой on20 ределяется коэффициентом подобия нагру-, зок как отношение радиальных нагрузок в форсировочном и номинальном режимах, и проводят разбалансировку ротора до получения при номинальной частоте вращения

25 на каждом из подшипников такого значения амплитуды вибрационной скорости, о6условленной небалансом ротора, что его отношение к максимально допустимому значению амплитуды этой скорости в номи30 нальном режиме равно коэффициенту подобия нагрузок.

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

35 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

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