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电机轴向力产生的原因分析

浏览: 作者:部分信息源自于 中国电机发展网 来源: 时间:2024-01-25


电机有时会遇到很大的轴向力,造成了轴承或其它部件的损坏。首先要留意的是电机外部设备(比如负载或原动机等)带来的轴向力,由于设计、制造、安装存在误差而造成的额外轴向力传导到电机中去。       

 

除了外部因素外,电机内部也有很多因素会产生轴向力。下面我们详细展开说说。

1. 定转子斜槽设计为了消除齿谐波的影响,目前大部分电机都采用了斜槽设计(定转子都可以斜槽,以转子斜槽居多)。这种设计会产生一个轴向力,如图轴向力的方向与定转子斜槽的方向,电机的转动方向,电机的工作状态(电动还是发电)有关。

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上图为一左旋斜槽转子,力F的方向垂直于转子导条,两个分量一个为让转子转动的转矩T,一个为轴向力Fz。需要注意的就是如果是定子斜槽,则和转子斜槽相反。发电状态和电动状态也是相反。轴向力的大小与电机转矩T和斜槽角度α大小有关。通常斜槽角度的选择为斜槽一个定子或转子齿距(取两者大值)。

 

1. 锥形转子设计有些类型的电机采用的锥形转子结构设计,这种结构本身会有轴向力(正是利用这个轴向力实现一些诸如制动功能的实现)。

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1. 波形垫片的预紧当电机内安装有波形垫片时,波形垫片受压时会产生反弹力,这会给电机带来轴向力。力的大小取决于波形垫片的类型和规格以及压缩量的大小。

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4. 定转子轴向错位
正常电机定转子对齐的情况下没有轴向力。切向电磁力产生电磁转矩,径向电磁力在气隙均匀时在整个圆周上对称分布,合力为零。如果定转子存在向错位(中心线不对齐时),气隙磁场会产生轴向分量,从而使转子受到轴向电磁力。轴向力方向总是企图使定转子趋于对齐。

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1. 轴向热膨胀间隙预留不够
电机在运转过程中会发热,从而产生热膨胀。电机一般采用一端固定,一端浮动的设计方式,浮动端的目的就是预留加工误差和电机热膨胀的伸长。如果设计预留量不够,发热后顶死,可能会产生较大轴向力。

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轴向力产生于电动机。而对电动机所驱动的机械设备而言,则是由于所确定的安装和联轴器对接基准的误差和电动机的结构因素而产生的轴向拉力或轴向推力。对于滑动轴承结构的中大型增安型电动机,轴向力的产生是由于电动机不是运行在电磁中心线上,转子就必然引起轴向窜动,所产生的轴向拉力或轴向推力对被驱动的机械设备造成冲击。如果电磁中心线与机械中心线偏差过大,对电动机和其所驱动的机械设备的轴承将造成严重损坏并导致整机重大事故产生。同样,对于滚动轴承的电动机,转子轴向位置虽然是固定的,但轴向力作用在滚动轴承上,必将使滚动轴承寿命降低,严重时将会导致发生滚动轴承烧毁的事故。所以,从运行和设计两个方面考虑电磁中心线的偏移量与轴向力的关系是十分重要的。