在电机轴承配置中,两柱一球结构是十分常见的电机轴系统轴承布置方式。顾名思义,两柱一球轴系统的布置中采用两个圆柱滚子轴承和一个球轴承构成。从轴系统定位的角度来看,两柱一球结构属于定位端加非定位端结构。
在电机中,最常用的圆柱滚子轴承类型是NU和N系列的圆柱滚子轴承,这类型的圆柱滚子轴承都不具备轴向负荷承载能力,因此只能做非定位端轴承。在两柱一球结构的系统中,因为球轴承具有一定的轴向负荷承载能力,因此他在整个系统中作为定位端轴承存在。
两柱一球结构主要是用于承载轴系统中较大的径向负荷的情况,这种情况下,使用两个深沟球轴承已经无法满足径向负荷要求,因此用两个圆柱滚子进行替代。但是圆柱滚子轴承没有轴向负荷承载能力,因此引入一个深沟球轴承进行定位,最终形成了两柱一球结构。下图为一种两柱一球结构的电机轴承布置图:
图中右侧轴承为一个圆柱滚子轴承和一个深沟球轴承的组合,作为整个轴系统的定位端;左侧轴承为一个圆柱滚子轴承支撑,作为非定位端。这个轴系统中所有的径向负荷由两个圆柱滚子轴承承担,轴向定位由深沟球轴承完成。为避免深沟球轴承承受径向负荷,在上图中的设计中,将深沟球轴承的径向支撑放开,轴承通过两侧压紧进行固定。同时为避免深沟球轴承外圈在轴承室内跑圈,在轴承室内加入了O型环的结构。
在一些电机中,如果存在一定的轴向负荷,或者对于一些大型电机需要的轴向定位能力较大,深沟球轴承无法满足的时候,可以通过使用四点接触球轴承替换上述结构中的深沟球轴承。由于四点接触球轴承无法承担径向负荷,因此上述结构中的径向放开成为一个必须的要求。
两柱一球的结构形式多用于中大型电机中,对于小型电机比较少用。但是在大型电机中也会存在一定的限制,例如对于轴颈较大的电机,大型深沟球轴承就比较难以获得,或者成本很高,因此需要针对工况进行调整,有时候不得不放弃两柱一球的结构。
两柱一球的轴承布置方式中,两端都使用圆柱滚子轴承,而圆柱滚子轴承对偏心比较敏感,如果电机较大的径向负荷引起轴的挠性弯曲较大的话,圆柱滚子轴承将受到较大影响,这种情况下,可能需要考虑调整轴承选型和轴系统布置方式。
两柱一球的轴承布置方式中,定位端轴承使用一个球轴承和一个滚子轴承搭配完成定位功能。两个轴承并排安置,为润滑和散热带来了一定的影响。因此在轴承系统润滑设计中应予以考虑,确保润滑可以通过两个轴承实现润滑。一般的情况下,如果使用脂润滑,润滑值得进油孔和出油孔应位于轴承的两侧,对于两柱一球的固定端,润滑脂可以从圆柱滚子轴承一侧进入,从球轴承另一侧流出。这样做的原因是,圆柱滚子轴承作为主要承载轴承,对润滑的需求相对较大,新鲜油脂优先补充这个轴承,然后流经球轴承排出,是一个合理的设计。
另外,从维护的角度来考虑,可以考虑将定位端布置在驱动端或者非驱动端。但是从拆卸方便角度考虑,由于球轴承外圈和轴承室中间存在间隙,比较容易拆卸,因此放置在外侧,比较方便拆卸。
总之一个轴系统的轴承布置,不仅仅需要考虑轴承的承载,还要考虑润滑,维护,安装拆卸等诸多环节。