電機軸(zhou)承的電蝕

為(wei)提高電動機效率(lv)(lv)，變(bian)頻(pin)器控(kong)制是有效的手(shou)段之一，提高控(kong)制頻(pin)率(lv)(lv)(載頻(pin))可使(shi)電(dian)動機更高效工(gong)作，而隨著載頻(pin)提高，高頻(pin)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)軸承(cheng)會產生電(dian)蝕，這種損(sun)傷也稱為高頻(pin)電(dian)蝕。其在2004年之前(qian)很少(shao)見，但之后在家電和工業設備的(de)(de)變(bian)頻控制電動機(ji)中越來越常見。下面(mian)就介紹通用電動機(ji)和家用電動機(ji)用小型(xing)電機(ji)軸承電蝕的(de)(de)應對(dui)方法(fa)和特(te)點(dian)。

高頻電蝕與常規電蝕的現(xian)象(xiang)相(xiang)同，即旋轉期間電流流過套(tao)圈和(he)滾動體間的接觸區(qu)，使接觸表面發生部分熔化，變得粗(cu)糙。在明顯電蝕的情況(kuang)下偶爾也出(chu)現(xian)緞(duan)狀表面或波(bo)紋狀磨(mo)損，稱為脊狀印痕或瓦楞槽(下文(wen)稱為脊(ji)痕)。高頻(pin)(pin)電蝕特指由變頻(pin)(pin)設備高頻(pin)(pin)噪聲(sheng)帶來的軸承損傷，定義(yi)為安裝在變頻(pin)(pin)控制旋轉設備(電動機等)或(huo)靠(kao)近變(bian)頻控制設備(bei)(bei)附(fu)件的(de)旋(xuan)轉(zhuan)設備(bei)(bei)中(zhong)的(de)軸(zhou)承產生的(de)現象。圖1為由高頻電蝕在變頻驅(qu)動風扇電機軸(zhou)承上引(yin)起的脊(ji)痕(hen)。稱之為脊(ji)痕(hen)的粗糙峰發生(sheng)在一套軸(zhou)承滾動體數的整(zheng)數倍的位置處，因滾動體滾過這(zhe)樣的粗糙表面而引(yin)起非常(chang)大的噪(zao)聲(sheng)和振動，導致旋(xuan)轉設備噪(zao)聲(sheng)增大、可靠性降低。圖2為脊痕的掃(sao)描電鏡( SEM)照片，觀察到大量(liang)微(wei)小放電印痕，且已證實滾動體滾過引起某些(xie)特(te)征發生變形。

圖1 6201球軸(zhou)承內圈溝道上的(de)脊(ji)痕(hen)

圖2 6201球軸承(cheng)內圈(quan)溝(gou)道上脊痕的(de)SEM照片(pian)

NSK通過高頻電蝕的再現試驗，研究了軸承絕緣擊穿電壓與油膜參數Λ、軸承振動與油膜參數、高頻電流與軸承振動等關系，給出了抑制和防止高頻電蝕的措施：

1)與電力分布有關(guan)的措施(shi)：

減小Λ；

使用導電脂；

使用導(dao)電密封。

2)與絕緣有(you)關(guan)的(de)措施：

增加Λ；

使套圈或滾動體絕緣。

油膜參數最小化

通過將Λ保持在較小水平可抑制軸承振動水平上升，然而在實際旋轉設備中，Λ隨潤滑劑、轉速、溫度及載荷而變化，難以控制。另外，當Λ太小時套圈和滾動體直接接觸的風險增加，可能引起磨損或卡死失效。盡管在延長高頻電蝕的壽命方面有效，但不是一種完美的防止措施。

采(cai)用導電脂(zhi)

軸承中(zhong)預(yu)填導電脂(zhi)(zhi)（如混有碳(tan)粉的(de)鋰(li)皂脂(zhi)(zhi)等），由(you)于碳(tan)粉隨時間的(de)退化，難以維持長(chang)期導電，也不是完美的(de)防止措(cuo)施(shi)。

采(cai)用導電密封

當內外圈間產生旁路時，通過在(zai)接(jie)觸密封的橡膠中加入(ru)碳粉可使軸(zhou)承(cheng)導電(dian)(dian)，可抑(yi)制(zhi)流(liu)過軸(zhou)承(cheng)的電(dian)(dian)流(liu)。但是(shi)與(yu)導電(dian)(dian)脂的情(qing)況(kuang)類似，電(dian)(dian)阻(zu)值隨(sui)時間而增加，認為是(shi)導電(dian)(dian)密封與(yu)動圈的接(jie)觸面積(ji)逐漸磨小，導致導電(dian)(dian)性失效(xiao)；或是(shi)因為預填潤滑(hua)脂的泄漏在(zai)密封接(jie)觸區形成了油(you)膜，失去導電(dian)(dian)性。

油(you)膜(mo)參(can)數(shu)最大化(hua)

同上面分析的一樣，Λ隨潤滑劑、轉速、溫度及載荷而變化，難以控制。

采用絕(jue)緣(yuan)材料

陶瓷作為軸承零件(jian)材(cai)(cai)料具有高的絕緣(yuan)性(xing)能(neng)和(he)力學性(xing)能(neng)。陶瓷具有非常大(da)的絕緣(yuan)電(dian)阻且不(bu)像油膜那樣(yang)不(bu)穩定，所以使用這種材(cai)(cai)料作為應(ying)對措施最有效。從方(fang)便、工(gong)作性(xing)能(neng)及成(cheng)本考慮，在通(tong)用電(dian)動機和(he)家用電(dian)動機所用直徑相對較小的球軸承中(zhong)一般使用陶瓷球。

高頻電(dian)蝕抑制(zhi)或(huo)防止措施的(de)幾種方法的(de)試驗驗證結果(guo)如圖3所示。與裝(zhuang)有(you)正常鋼球的軸(zhou)承(cheng)相比，預填(tian)導電脂的軸(zhou)承(cheng)或(huo)配有(you)導電密封的軸(zhou)承(cheng)減(jian)小了(le)高頻電蝕損傷(振動增加)，但難以徹底避免這(zhe)種損傷(shang)(shang)，在試驗后(hou)檢(jian)測軸(zhou)承(cheng)(cheng)內(nei)部仍觀察(cha)到(dao)高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)蝕損傷(shang)(shang)。因為(wei)裝有陶(tao)瓷(ci)球(qiu)的軸(zhou)承(cheng)(cheng)不傳導(dao)高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)流，軸(zhou)承(cheng)(cheng)振動極少上升，且試驗后(hou)檢(jian)測軸(zhou)承(cheng)(cheng)內(nei)部未觀察(cha)到(dao)高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)蝕損傷(shang)(shang)。

圖3 由高頻電(dian)蝕引起(qi)的軸承振動上升的實(shi)測結果(guo)

電(dian)機(ji)(ji)的(de)類型繁多，電(dian)機(ji)(ji)軸承的(de)配置多樣，為了防止電(dian)機(ji)(ji)軸承產生電(dian)蝕，人們采取了各種措施，如套圈的(de)絕緣涂(tu)層、陶(tao)瓷滾動體、絕緣端(duan)蓋(gai)（端(duan)蓋(gai)與機(ji)(ji)座連接部分的(de)絕緣）、涂(tu)層軸、附加電(dian)刷短路、導電(dian)脂等等，但(dan)單一方法各有(you)(you)優(you)缺點，有(you)(you)些損(sun)傷機(ji)(ji)理還有(you)(you)待進(jin)一步了解，需要在應用和(he)研(yan)究中不斷探索。