ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности, к конструкциям подшипниковых узлов электрических машин с пониженным уровнем вибрации.
Подшипники качения, при эксплуатации электрических машин, являются наиболее интенсивным источником вибрации и шума в широком диапазоне частот из-за наличия внутренних зазоров, образованных неидеальными геометрическими поверхностями элементов шарикоподшипников и их посадочных мест.
Значительное снижение подшипниковых вибраций и шума может быть достигнуто устранением внутренних зазоров в шарикоподшипниках при помощи упругого осевого поджатия наружного кольца подшипника, что способствует увеличению надежности и срока службы электрической машины в целом.
Известны конструкции подшипниковых узлов с осевым поджатием [1]. Приведены три варианта: поджим с помощью дисковых (тарельчатых) пружин; натяг с помощью винтовых цилиндрических пружин и натяг с помощью одной центральной винтовой цилиндрической пружины. Недостатками данных конструкций являются: трудности обеспечения одинакового давления от всех пружин, большое количество деталей, требующих точной установки, необходимость калибровки гнезда подшипникового щита для свободного перемещения в нем наружного кольца шарикоподшипника.
Известен также подшипниковый узел электрической машины, в котором за счет использования промежуточной амортизации ротора с помощью разрезных пружинных колец возможно уменьшение вибрации, создаваемой ротором и подшипниками и передаваемой на опоры [2]. Недостатком данной конструкции являются сложность расчета механической прочности разрезного кольца с учетом проседания ротора под действием собственного веса и необходимость совмещения амортизации ротора пружинным разрезным кольцом с осевым поджатием шарикоподшипника.
В приведенных выше конструкциях подшипниковых узлов осевой поджим может осуществляться только со стороны свободного (не зажатого) шарикоподшипника.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является подшипниковый узел [3], в конструкции которого применено комбинированное упругое поджатие наружного кольца подшипника в осевом и радиальных направлениях с помощью однотипных плоских пружин. Поджатие обеспечивается за счет отогнутых в осевом направлении свободных концов пружин в процессе монтажа шарикоподшипника внутри посадочного гнезда подшипникового узла.
Недостатками данного подшипникового узла являются: сложность учета проседания ротора под действием собственного веса, а также невозможность регулировки поджатия пружин.
Целью предлагаемой полезной модели является: достижение высокой соосности опор вращения, снижение вибрации подшипникового узла и увеличение долговечности подшипника.
Предлагаемая виброизолированная конструкция подшипникового узла электрической машины (фиг.1) имеет шаровую втулку 8 в подшипниковом гнезде 4, в которую устанавливаются шарикоподшипники 9. Наружные кольца обоих шарикоподшипников поджимаются во встречном направлении стальными пружинами 3, которые установлены в пазы, равномерно расположенные по окружности подшипникового щита и шаровой втулки.
Шарикоподшипник 9, закрепленный на валу, установлен по скользящей посадке в шаровой втулке 8, которая, в свою очередь, установлена с натягом в посадочное гнездо подшипникового щита 7.
Шаровая поверхность втулки 8 обеспечивает возможность самоустановления наружных колец шарикоподшипников относительно подшипниковых щитов под воздействием генерируемых в подшипнике сил, вызванных неточностью изготовления.
Пружины 3, вставленные в пазы подшипникового щита 7 и закрепленные винтами 5, поджимают наружное кольцо подшипника через торцевые пазы шаровой втулки, что препятствует угловому смещению как самих пружин, так и шаровой втулки. Для настройки давления пружин под них устанавливаются плоские стальные прокладки 6 различной толщины для установки ротора в рабочее положение с учетом электромагнитных сил статора и осевых сил от нагрузки. На крышке 1 предусмотрен ограничитель хода пружин 2, предохраняющий от выхода из строя механизм поджатия подшипников при воздействии механических факторов.
1
2
1
2
1
2
Предлагаемая конструкция подшипникового узла электрической машины позволяет при выполнении настроечной операции уравновесить электромагнитные силы обмотки статора подачей напряжения постоянного тока в две любые последовательно соединенные фазы обмотки статора (фиг.2) и измерить с помощью индикатора 3 значения выступов L и L шаровых втулок 1 относительно подшипниковых щитов 2, а также определить отклонения Δl и Δl (фиг.3) контактных поверхностей концов каждой i-й пружины 1 от плоскости их закрепления, вызванные неплоскостностью пружин и прокладок 2. Толщина прокладок Δ и Δ под пружины определяется с учетом прогиба пружины при номинальном усилии, которое зависит от долговечности подшипника, а следовательно от срока службы электрической машины.
Таким образом, конструкция осевого поджатия обеспечивает равномерное распределение давления по окружности наружного кольца шарикоподшипника и допускает регулировку поджатия каждой пружины, что в результате способствует улучшению виброакустических характеристик электрической машины.
Предложенная конструкция виброизолированного подшипникового узла имеет следующие преимущества:
- уменьшение усилий, создаваемых ротором и подшипниками и передаваемых на корпус, а следовательно уменьшение вибрации на опорах электрической машины;
- создание условий длительного сохранения виброакустических характеристик электрической машины при выработке ее технического ресурса;
- возможность регулировки давления пружин с помощью прокладок различной толщины позволяет учитывать электромагнитные силы статора для установки ротора в среднее положение, а также осевые силы от нагрузочного механизма.
На фиг.4 приведено сравнение виброакустических характеристик электрической машины с классическим и заявляемым виброизолированным подшипниковыми узлами. В конструкции классического подшипникового узла один подшипник фиксируется в корпусе в осевом направлении, а второй имеет возможность осевого перемещения (плавания) наружного кольца в подшипниковом щите.
Применение заявляемого виброизолированного подшипникового узла, благодаря уменьшению динамических нагрузок, создаваемых ротором и подшипниками, позволило снизить уровни дискретных составляющих вибрации в широком диапазоне частот, а также общий уровень вибрации на 16 дБ.
Литература:
1. Трифонова Н.П. Конструкция подшипниковых узлов с осевым поджатием // Труды ВНИИЭМ. - 1969. - Т.28.
2. Амбарцумов Т.Г., Гончаров В.К. Амортизация ротора электрической машины с помощью разрезных пружинных колец // Труды ВНИИЭМ. - 1969 - Т.28.
3. Подшипниковый узел электрической машины. Патент РФ №88224, МПК 3 Н02К 5/16, бюл. №30, 2009 г.