两柱一球结构是电机轴承系统配置中常见的基本结构,在一些中型电机中经常使用。有一些工程师见惯了两柱一球结构的电机轴承配置,会提出为什么使用两柱一球结构的问题。另一些工程师虽然没有提出类似问题,但是在一些情况下面临是否需要更改轴系统轴承配置的情况,如果不了解两柱一球结构的根本原因,往往造成修改错误。比如,之前就遇到工工程师直接把两柱一球轴系统配置里的柱轴承直接替换成深沟球轴承,从而形成三个深沟球轴承的奇怪结构方式。因此有必要介绍一些为什么在一些场合下电机中需要使用两柱一球结构。
什么是两柱一球结构?
两柱一球结构在电机中经常使用,顾名思义,两柱一球结构是指两个圆柱滚子轴承加一个深沟球轴承(有时候也可以是四点接触球轴承)的轴系统轴承配置方式。
在电机这种单轴结构中,轴系统在空间的定位至少要有两点,因此在两柱一球结构中,将三个轴承分为两组,一组轴承由一个圆柱滚子轴承组成,一组轴承由圆柱滚子轴承和一个深沟球轴承构成。在这样的结构中,轴系统两点支撑点将轴系统进行空间定位,其中固定段轴承将轴在轴向上定位,保证整个轴系统在空间除了转动方向上的自由度以外,在其他维度上的固定。
为什么使用两柱一球结构?
电机轴承系统中为什么使用两柱一球结构主要是由于两个方面的因素决定的。一个是负荷因素,一个是定位因素。
负荷因素:
圆柱滚子轴承内部的滚动体和滚道之间是线接触,接触面大,与球轴承相比,轴承承载能力大。因此,在电机轴系统中,当轴系上的径向负荷较大的时候,深沟球轴承无法满足承载需求,此时使用圆柱滚子轴承替代球轴承,在轴系统两段承载径向负荷。
从本质上来看,使用两柱一球形式的电机轴承布置方式和使用两个球轴承的布置方式相比起最大的区别在于轴系统的径向负荷不同。当径向负荷较大,使用球轴承无法满足寿命要求的时候,使用圆柱滚子轴承替代深沟球轴承。
定位因素:
另一方面,通常圆柱滚子轴承不具备轴向承载能力,因此,使用两个圆柱滚子轴承进行轴系统结构布置的时候无法对轴进行轴向定位,所以引入一个深沟球轴承对轴系统进行轴向定位。由此可见,两柱一球结构的轴系统轴承配置中,深沟球轴承起到的作用是轴向定位,而非承载。深沟球轴承是一个被引入用于定位的轴承,并非一个承载轴承。
为什么使用两柱一球结构?
从上面分析可以知道,使用两柱一球结构的电机轴承布置方式主要原因是电机轴系统径向负荷较大,因此引入圆柱滚子轴承承载,同时引入球轴承做定位轴承。在两柱一球结构中,作为浮动短的圆柱滚子轴承的作用相当于两个深沟球轴承结构中的浮动端深沟球轴承;而另一侧的圆柱滚子轴承加深沟球轴承相当于两个深沟球轴承结构中的定位段轴承,只不过定位端的定位和承载分别由一个圆柱滚子轴承和一个深沟球轴承承担。
两柱一球结构最重要的注意事项:
1、球轴承是用于定位的,不是承载的,因此在径向上不应该将负荷施加在球轴承上;
2、圆柱滚子轴承没有轴向承载能力,因此,使用弹簧预负荷对消除圆柱滚子轴承的噪声没有作用。