如何考慮電機單邊磁拉力對軸承選型的影響？

電機的單邊磁拉力主要是由于電機定轉(zhuǎn)子中心線不對稱帶來的磁場不均勻產(chǎn)生。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較快時，單邊磁拉力對電機穩(wěn)定性造成的影響尤為明顯，可能會引起電機振動、噪音等問題，甚至危及電機的安全運行。中心線不對稱通常是由制造安裝誤差，軸承磨損，轉(zhuǎn)子撓度引起。

1　電機轉(zhuǎn)子撓度引起

電機的設(shè)計趨勢逐漸向高功率，小體積發(fā)展。而降低電機中心高，縮小電機直徑體積，增加鐵芯長度可以有效：

1、減小電機體積；

2、提高功率及電機性能。

隨著電機徑向尺寸降低，電機鐵芯的長度增加，電機轉(zhuǎn)軸也越來越細長。所以對于一般臥式電機，即便不考慮安裝制造，軸承磨損情況，也可能出現(xiàn)單邊磁拉力。電機軸由于自身重量而發(fā)生的撓性會帶來定轉(zhuǎn)子上下氣隙的偏差。如下圖：轉(zhuǎn)子偏心e0；

此時電機上部氣隙會增加e0，而下部氣隙將減小e0。此時電機上下氣隙不同，氣隙磁密也不同，造成轉(zhuǎn)子受到向上和向下的磁拉力不同。這個磁拉力差，就是上面提到的單邊磁拉力。

電機軸在重力影響下產(chǎn)生撓度，撓度產(chǎn)生單邊磁拉力，而單邊磁拉力會進一步增加電機軸的擾度，新增加的擾度又會增加單邊磁拉力。最終在撓度與力（重力，磁拉力）之間達成最終的動態(tài)平衡。

2　軸承磨損引起

磁拉力將電機轉(zhuǎn)子拉向一側(cè)，使軸承一側(cè)始終受力嚴重，軸承磨損加劇，加快，而軸承的過度磨損又反向加大轉(zhuǎn)子偏心，產(chǎn)生更大的單邊磁拉力。

3　單邊磁拉力計算公式

電機單邊磁拉力的計算公式有很多，計算結(jié)果差異相對也比較大，傳統(tǒng)單邊磁拉力計算設(shè)計主要參考機械工業(yè)出版社《交流電機設(shè)計手冊》，《電機設(shè)計》等。單邊磁拉力計算如下：

圖2：圖片來自網(wǎng)絡(luò)（供參考）

當(dāng)工程師對電機軸承進行壽命校核計算的時候，必須將單邊磁拉力納入電機軸承的徑向負荷考慮（見圖3與圖4）。否則，電機軸承有可能由于承受過大未考慮的單邊磁拉力載荷，受用壽命嚴重低于預(yù)期壽命，從而發(fā)生嚴重軸承磨損，甚至更嚴重的設(shè)備故障。

圖3：來自某電機OEM

圖4：電機軸承計算需要考慮的載荷

4　如何考慮單邊磁拉力對電機軸承的計算影響

4.1 臥式電機

根據(jù)單邊磁拉力的形成原因可以得知，電機軸的撓曲是產(chǎn)生氣隙不均勻，進而產(chǎn)生單邊磁拉力的主要原因。那么：

對于容易發(fā)生撓曲的電機單邊磁拉力不可忽略，如：大自重轉(zhuǎn)子，細長轉(zhuǎn)子等。

對于短粗型的電機，或轉(zhuǎn)子自重很小型電機，軸撓曲而帶來的單邊磁拉力幾乎可以忽略不計。

即使電機軸不發(fā)生撓曲，但由于設(shè)計，加工，安裝偏差，電機依然可以產(chǎn)生單邊磁拉力。對于設(shè)計，加工，安裝偏差可以通過設(shè)計，工藝來控制偏差，如果此類氣隙不均勻產(chǎn)生的單邊磁拉力相對電機轉(zhuǎn)子重力是不可忽略的量級值時，需要將單邊磁拉力納入電機軸承壽命計算值。

4.2 立式電機

單邊磁拉力主要來源于軸自重而帶來的的撓曲。對于立式電機，電機轉(zhuǎn)子的重力變?yōu)榱溯S向力。而一般電機軸難以出現(xiàn)壓彎撓曲的情況，所以，此時可以不考慮軸自重撓度產(chǎn)生的單邊磁拉力對于軸承壽命的影響。

電機設(shè)計，加工，安裝偏差，與臥式電機相同，如果產(chǎn)生的單邊磁拉力對于軸承所承受的徑向負荷是一個不可忽略的量級值時，需要納入計算。

5　減小單邊磁拉力的方法

為了減小單邊磁拉力，可以從以下幾個方面進行優(yōu)化：

1.選擇合適的材料：減小磁場不均勻現(xiàn)象，從而減小單邊磁拉力。

2.優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)：改善磁場分布，減小單邊磁拉力。

3.調(diào)整動態(tài)平衡：消除不平衡力，從而減小單邊磁拉力。

4.增加電機軸剛度，減少彎曲；

5.及時更換磨損的軸承。

部分參考網(wǎng)絡(luò)資料。

來源：機泵與軸承