分析 | 导致电机轴承发热和损毁的原因

来源 | 电机技术日参

作者 | 猫一猫二

轴承系统是电机产品非常关键的工作系统，当轴承系统出现问题时，轴承会因为发热而出现过早地磨损、散架等问题。轴承是电机产品定位的重要零部件，与其他零部件关联，保证了电机产品转子部分在径向和轴向的相对位置符合要求。

当轴承系统出现问题时，前兆性的表象为杂音或发热，机械性的故障一般先表现为杂音，继而开始发热，再后来就会发展为轴承的磨损，具体表象为杂音加大，甚至出现轴承散架、电机抱轴、绕组烧毁等更严重的问题。

导致轴承发热和损毁的原因为哪些？

（1）装配、使用因素。去过轴承制造厂的人都清楚，轴承制造过程控制特别严格，特别是好一些的轴承厂家，轴承的关键工序在一个非常清洁的环境中进行；而在电机装配及后期使用和维护环节，有些时候很不尽如人意：如装配过程中，环境不好对轴承本身的污染，润滑油（或润滑脂）中混入杂质（颗粒、其他油类、水等），装配过程中对轴承的磕碰，轴承装配过程中非正常的受力等，都会导致轴承在短时间内出现问题。在使用环节，如果将电机置于潮湿或更严酷的环境中，轴承可能会生锈，这对于轴承系统也是致使的问题。

关于轴承系统，还有一个问题是轴承内盖与轴承外盖部位的密封，也就是我们所说的密封油槽加工的规范性，加工不规范、或轴承内外盖的直径正超差时，也容易出现异物进入轴承导致故障。

（2）轴承径向配合不合理导致的问题。对于任何轴承产品，都存在初始游隙和工作游隙，轴承一旦被安装，特别是电机运行时，轴承的游隙就是工作游隙，只有工作游隙的正常的范围内，轴承方可正常的工作。在实际中，轴承内圈与轴的配合、轴承外圈与端盖（或轴承套）轴承室的配合，都直接影响到轴承的工作游隙或相对运行：当轴承处于较紧的夹持状态时，工作游隙会变小，轴承会发热；同样，当配合太松时，又会发生轴承的跑圈问题。当轴承室尺寸正超差时，可能会发生跑外圈问题，即轴承外圈与轴承室发生周向的相对运动，当轴承位直径负超差时，轴承又出现跑内圈问题，即轴承内圈与轴承位发生周向的相对运动。

（3）定转子不同心问题导致的别劲问题。从理论上分析，当电机的定子与转子同轴时，电机运行时轴承的径向游隙应该处于比较均匀的状态，如果定转子不同心时，相当于两者的中心线不是重合状态，而是相交的状态，以卧式电机为例，转子将不平行于底脚面，导致两端的轴承都受到一个径向和轴向的外力，电机运行时自然会使轴承非正常工作。

良好的润滑是轴承正常运行的必要条件，对于电机产品，要保证轴承系统正常工作，应从轴承、润滑脂、关联零部件等多方面入手分析和解决。以下重点谈润滑对电机轴承运行情况的影响。

润滑对电机轴承运行情况的影响

（1）润滑脂性能与电机运行工况的匹配关系。电机技术条件中会对电机的标准运行环境进行规定，如环境温度、海拔高度等，标准电机选择润滑脂时会按照该条件进行，但对于特殊环境运行的电机，运行环境可能比较恶劣，如高温环境、低温环境等。

对于特别寒冷的气候，润滑脂必须有足够的耐低温性能，我个人曾经历过一批电机，大冷天电机从库房提出后，手盘电机无法转动，通电运行有明显噪声，运行5分钟左右电机声音正常。经核查电机使用的润滑脂不符合要求。同样，对于高温环境运行的电机，比如说空压机电机，特别是在温度较高的南方地区，大多数空压机电机运行环境温度在40度以上，再加上电机的温升，轴承系统温度会很高，普通的润滑脂会因为温度过高而降解失效，导致轴承润滑脂流失，而轴承处于非润滑状态，很短时间内轴承发热损毁，严重时导致绕组因电流大、温度高而烧毁。

（2）润滑脂过多导致的轴承发热。从热传导的角度分析，轴承运行过程中也会产生热量，其热量会通过关联零部件散发，当润滑脂过多时，会堆积在轴承系统内腔，极不利于热量的散发。特别是对于内腔较大的轴承系统，该问题更为严重。我们曾做过一个测试，采用红外仪测试轴承系统温度，对于温度相对较高的点进行检查，发现轴承外盖部位润滑脂积存较多，取走后温度自然下降。

这就涉及两个问题，一个是润滑脂的填充量问题，另一个非常重要的问题是轴承关联零部件的设计问题，主要涉及挡油盘和轴承内外盖。

（3）轴承系统零部件设计的合理性。不少的电机厂家针对于轴承系统零部件进行了改良设计，除我们上期谈过的配合公差外，对于轴承内盖、轴承外盖和挡油盘进行了改进，以保证轴承运行过程中适量油脂的循环，保证轴承润滑的必要需求，又防止了过多油脂填充下的阻热问题。

（4）润滑脂的定期更换。电机运行时，按照使用频度应进行润滑脂的更换，更换过程应将原脂进行清理，并更换相同牌号的脂；对于该问题，正常的生产厂家会标出润滑脂更换的周期和具体的牌号。

在前面的话题中，探讨了装配过程、公差配合、润滑等轴承系统本身因素导致的问题，但有一些间接的因素同样会导致电机轴承发热，而且有的因素对于轴系统是致命的。

影响电机轴承系统问题的其他因素

（1）电机的定转子气隙不均匀

对于电机的定转子气隙。我们谈过很多的内容，如定转子气隙对效率、对振动噪声、对温升的影响等。当电机的定子与转子气隙不均匀时，在电机通电后最为直接的表现是电机了低频电磁声，对于轴承系统的影响则来自于因径向磙拉力的作用，导致电机运行时轴承始终处于偏心状态，从而导致轴承发热受损。

（2）定子与转子铁芯的轴向对齐情况

这个问题对于铁长相对较长的带径向通风道的电机影响较大，在实际生产加工过程中，由于定子或转子铁芯定位尺寸差错、因转子制造过程的热加工导致转子铁芯的飘曲，使得电机运行过程中产生轴向力，该状态下电机的轴承因为轴向力的作用，出现非正常运行。

（3）轴电流问题

该问题对于变频电机、低压大功率电机和高压电机影响较大。对于轴电流问题，也是我们多次谈及的老话题，产生轴电流的原因是轴电压的作用，规避该问题的措施有两种，即从设计和制造的环节有效降低轴电压，或者是切断电流的回路。

如果不采取有效的措施，轴电流对于轴承基本上是毁灭性的打击，不严重时，轴承系统表现为杂音，进而杂音变大；而轴电流严重时，轴承系统杂音变化特别快，拆解检查是轴承套圈上会有明显的搓板状痕迹；轴电流问题伴随着一个较大的问题是润滑脂的降解失效，因而会导致较短时间内轴承系统发热烧毁。

（4）转子槽斜度

大多数的电机转子为直槽，但为了满足电机的一项性能指标，可能就必须将转子做成斜槽，当转子槽斜度较大时，电机定转子的轴向磁拉力分量会增大，使轴承受到非正常的轴向力作用而发热。

当然，对于轴承系统的发热问题，还有其他如散热、负载、立式电机轴承装配、轴承安装等多种原因，我们会在下一篇推文中进行详细交流。

前面的话题中，探讨了装配过程、公差配合、润滑、定转子气隙、轴电流、转子槽斜度、轴向力等因素对电机轴承的影响，接下来的话题是针对一些特殊因素的影响分析。

影响电机轴承系统问题的特殊因素

（1）散热条件不良

对于大多数小型电机，端盖不一定带散热筋，而对于大规格电机，端盖上的散热筋对于轴承温度的控制特别重要；对于一些增容的小型电机，也通过端盖的散热改进，进一步改善轴承系统的温度。

（2）立式电机的轴承系统控制

我们在以前的推文中谈过立式电机轴承的装配控制要求，如果因为尺寸偏差或装配本身的方向错误，都会导致电机轴承无法在正常工作状态下运行，势必会导致轴承杂音和发热。

（3）高速重载状态下的轴承发热

对于负载较大的高转速电机，应当选择精度相对较高的轴承，避免因为轴承精度不够而出现问题。如果轴承的滚动体尺寸一致性不好，在电机负载运行状态下，因为各个滚动体受力不一致，会出现轴承的自振和磨损问题，这个过程可能会有金属屑脱落而影响轴承的运行，加剧轴承的发生和损坏。

特别是对于高转速电机，缘于电机本身的结构，转轴进行可能相对较小，运行过程中出现转轴挠曲的可能性较大，因而对于高转速电机，往往会在转轴的材质上进行必须的调整。

（4）大电机轴承热套过程不适宜

对于小型电机，轴承采用冷压工艺较多，而对于大型电机和高压电机，采用轴承加热工艺的较多，加热方式有两种，一种是油热，另一种感应加热，如果温度控制不好，温度过高时会导致轴承性能失效，电机运行一段时间后，出现杂音和发热问题。

（5）端盖轴承室、轴承套发生变形和裂纹

该问题多发生在大型电机的铸造零部件上，由于端盖属典型的板状零件，在铸造过程、加工过程都可能发生较大的变形，有些电机在存放过程中即出现轴承室裂纹问题，导致电机运行过程出现杂音甚至是致命的扫膛质量问题。

对于轴承系统的问题，可能还有其他有一些不确定因素，轴承参数与电机参数的合理匹配是最有效的改进方式，对于这方面的尝试，有的轴承厂家已在做，特别是对于品牌较好的一些轴承厂家，通过电机负载及运行特性的匹配造型规则也已比较成熟，这些相对精细的改进将会有效降低电机轴承系统的问题。