电机轴承应用技术

1.电机轴承应用技术是电机技术和轴承技术之间的交叉学科，同时应用技术又是理论知识和实践经验的结合产物。本书系统地将应用知识进行梳理，搭建电机技术和轴承技术的桥梁。
2.本书作者王勇为国内知名电机技术论坛西莫论坛开辟“轴承问题终结者”讨论帖，后成为置顶精华帖并历经十余年不衰。在《电机控制与应用》杂志开设轴承技术专栏两年，连续发表8篇文章。于2020年开设《轴承问题终结者》公众号，为电机工程师提供技术参考。

本书以图文并茂的形式，向广大读者介绍了电机常用滚动轴承的分类、代号表示方法、设计选型技术、润滑的机理和选型、油路及润滑设计、再润滑的周期计算、寿命计算、装配和拆卸工艺、外形尺寸和游隙的测量，电机运行中的轴承噪声与振动分析、测量及故障处理，日常维护保养和运行监测，轴承失效分析、常见故障分析和判断等方面的知识。*后一章以问答的形式给出了一些轴承故障案例。附录给出了常用滚动轴承的使用参数、我国新旧轴承型号对比、中外轴承型号对比、常用轴承游隙等资料，供读者选型时参考使用。本书可供电机设计和研究人员学习参考，可作为与轴承有关的设备使用和维修人员的日常工作指导用书，也可用作技术学校相关专业师生的教材和参考资料。

前言
第一章电机轴承基础知识1
第一节滚动轴承的分类及基本
结构1
一、滚动轴承的分类1
二、基本结构、组成轴承的部件及各
部位的名称4
第二节滚动轴承代号6
一、代号的三个部分名称及包含的
内容6
二、基本代号和所包含的内容6
三、轴承后置代号及其含义10
四、常用轴承代号速记图和口诀13
五、几种电机常用滚动轴承介绍15
第二章电机常用滚动轴承的性能及
选择19
第一节轴承允许的最高温度19
一、电机轴承的运行温度19
二、轴承钢热处理尺寸稳定温度20
三、轴承保持架温度范围21
四、密封件的温度范围21
五、轴承润滑脂允许的温度范围21
六、电机用滚动轴承适用的温度
范围22
第二节电机轴承的转速23
一、轴承的热参考转速23
二、轴承的机械极限转速24
第三节电机轴承的承载能力29
一、电机轴承承载方向及其分类30
二、根据接触角对轴承分类30
三、轴承承载负荷大小的能力选择31
第四节电机轴承游隙的选择31
一、游隙的概念31
二、工作游隙的概念和数值计算32
三、工作游隙与轴承寿命的关系33
四、轴承游隙的选择34
五、电机生产厂遇到的游隙选型典型
问题34
第三章电机轴系中的轴承结构配置
及选择35
第一节电机轴承基本结构配置
原理35
一、电机轴承配置的基本概念35
二、电机轴承的承载35
三、电机轴承结构配置的基本形式38
第二节电机轴承的典型配置方式
及分析43
一、卧式安装电机基本轴承结构
布置43
二、立式安装电机基本轴承结构
布置53
三、电机轴承配置快速查询58
四、一个四轴承结构的磨头电机配置
轴承的选型特殊案例58
第三节电机轴承配置中的公差配合
选择59
一、电机轴承及相关部件公差配合
（尺寸公差）选择的原理和
原则59
二、电机轴及轴承室的形状位置
公差63
第四节电机轴承基本尺寸的选择
（轴承承载能力校核）64
一、轴承尺寸的选择65
二、电机轴承疲劳寿命计算——电机
轴承尺寸选择的下限校核68
三、轴承尺寸选择校核小结69
四、电机轴承选型小结69
目录●●●●●●●●●●电机轴承应用技术第四章电机轴承润滑选择和应用70
第一节电机轴承润滑脂知识
简介70
一、电机轴承润滑设计概述70
二、润滑脂的主要性能指标和检测
方法71
三、润滑的基本原理73
四、电机轴承润滑与温度、转速、负荷
的关系77
五、不同成分润滑脂的兼容性78
第二节电机滚动轴承润滑脂的选择
和应用79
一、电机轴承润滑脂的选择79
二、基础油黏度选择80
三、极压添加剂的使用81
四、油脂黏度的选择82
五、其他一些工况82
第三节电机轴承油路及润滑
设计82
一、油路设计82
二、轴承的初次润滑85
三、轴承的运行中补充润滑的时间
间隔89
四、再润滑时油脂的添加量以及添加
方法93
五、用经验曲线获得更换油脂的时间
间隔94
第五章滚动轴承寿命计算95
第一节概述95
一、轴承寿命的定义和相关理论95
二、L10 寿命的概念96
三、滚动轴承疲劳寿命应用的限制及
原则96
第二节轴承寿命的计算方法98
一、滚动轴承寿命计算基本方法98
二、滚动轴承寿命计算实例103
三、总结104
第六章滚动轴承的装配和拆卸
工艺105
第一节滚动轴承的装配工艺105
一、装配前的准备工作105
二、装配工艺107
三、装配后的初步检查114
第二节滚动轴承的密封115
一、自带密封115
二、外加密封115
第三节滚动轴承的拆卸工艺117
一、拆卸工具117
二、拆卸工艺119
第七章电机运行中的轴承噪声与振动
分析121
第一节电机噪声相关知识121
一、噪声概述121
二、噪声与振动的定义及其关系121
第二节电机轴承噪声122
一、电机噪声的基本来源122
二、电机轴承噪声及其传播122
三、电机轴承的噪声简述123
四、电机轴承正常运行状态分析和振动
噪声123
五、轴承的非正常振动和噪声产生的原因
分析129
六、电机轴承的非正常噪声的处理
方法136
七、电机轴承振动和噪声以及听感
噪声137
第八章电机轴承维护与状态监测140
第一节设备维护基本策略140
一、设备维护的类型140
二、电机轴承维护（状态监测）与失效
分析141
三、电机轴承预防性维护流程142
第二节电机轴承状态监测和频谱
分析144
一、电机轴承状态监测概述144
二、电机轴承振动信号分析（频谱
分析）144
三、电机轴承频谱分析举措149
四、电机轴承状态监测小结153
第九章电机轴承失效分析154
第一节电机轴承失效分析概述154
一、电机轴承失效分析的目的154
二、电机轴承失效分析的手段和
方法154
三、电机轴承失效分析的依据155
四、电机轴承失效分析的限制156
五、轴承失效分析的学习与应用157
第二节电机轴承接触轨迹分析157
一、轴承接触轨迹（旋转轨迹）的
定义157
二、接触轨迹分析的意义158
三、电机轴承典型接触轨迹列举158
第三节轴承失效分类介绍164
一、概述164
二、轴承失效类型之一——疲劳165
三、轴承失效类型之二——磨损170
四、轴承失效类型之三——腐蚀173
五、轴承失效类型之四——电蚀178
六、轴承失效类型之五——塑性
变形182
七、轴承失效类型之六——断裂和
开裂185
八、轴承失效可能原因速查186
第十章电机轴承在使用前和使用中
的检测188
第一节滚动轴承游隙和外形尺寸的
测量188
一、径向游隙的测量方法188
二、轴向游隙的简易测量方法190
三、主要外形尺寸测量191
第二节滚动轴承振动的测量和
标准192
一、测量设备和使用方法192
二、振动值标准194
第三节电机轴承振动测定方法及
限值195
一、测量和考核所用标准195
二、电机振动测量仪器和辅助工装196
三、振动测定方法199
四、测量结果的确定200
五、振动限值201
第四节对运行中电机轴承的
检查202
一、电机轴承运行温度的测量和
限值202
二、轴承噪声和振动的监测206
第五节对电机绝缘轴承的检查和
轴电压、轴电流的测定
试验208
一、检测的目的和范围208
二、绝缘轴承的绝缘电阻的测量208
三、轴电压测试方法208
四、轴电流测试方法 209
第十一章电机轴承应用技术问答
61例 210
第一部分电机轴承基础知识和选用
技术210
一、电机轴承高速是指转速多少？轴承
选择应用需要注意什么？210
二、电机轴承能达到多高的转速？211
三、轴承能承受的最高温度是
多少？212
四、为什么轴承会发热？轴承温度多高
算是过热？212
五、高温对游隙有什么影响？213
六、对于频繁加、减速的电机，轴承选择
需要注意什么？213
七、轴承精度越高越好吗？214
八、立式电机应该如何选择轴承？214
九、拖动带轮的电机轴伸端选用深沟球
轴承是否合适？214
十、电机的功率越大，选择的轴承就
越大吗？214
十一、重负荷电机的轴承选择有哪些注意
事项？215
十二、电机轴承选型过程中有哪些经济性
考虑？215
十三、不同品牌的轴承C值越大其轴承
寿命越长吗？216
十四、使用了绝缘轴承就可以避免轴承
电蚀吗？216
十五、可以用深沟球轴承替代圆柱滚子
轴承吗？217
十六、轴承是怎么润滑的？选择润滑脂还
是润滑油？217
十七、为什么那么薄的润滑油膜可以将滚
动体和滚道分隔开？217
十八、2号脂和3号脂之间怎么选择？
它们的润滑效果一样吗？217
十九、如果一台电机已经被存放多年，
还可以使用吗？218
二十、如何确定轴承外圈与轴承室的
配合 ？218
二十一、振动电机所用轴承的选型、安装
和维护有哪些要求？218
二十二、怎样选择轴承的保持架和
密封件？219
二十三、电机轴承与轴及轴承室的尺寸
配合原则是怎样的？219
二十四、如何选择轴承游隙以及轴承与
轴和孔的公差？221
二十五、如何确定小功率电机和外转子
风扇电机轴承与轴和孔的
配合？222
二十六、既有轴向力又有径向力时，如何
选择轴承？223
二十七、要求保证20000h以上的轴承噪声寿命，应对轴承生产厂家提出哪些技术要求？223
二十八、轴承在贮存期间应注意哪些事项？223
二十九、库存轴承需要进行防锈
处理吗？224
第二部分电机轴承使用技术
三十、新轴承在安装之前需要进行清洗吗？224
三十一、怎样清洗新的轴承？225
三十二、电机出厂试验时是带载运行好，还是不带载运行好？225
三十三、密封轴承需要补充润滑
脂吗？226
三十四、一台电机中不同类型的轴承再
润滑时间间隔不同该
怎么办？226
三十五、电机轴承预负荷怎么加？226
三十六、电机轴承预负荷弹簧加几个合适？226
三十七、电机轴承能承受多大
负荷？227
三十八、怎样除去滚动轴承上的
锈蚀？227
三十九、带轮平行度和轴向对齐的方法
有哪些？230
四十、怎样调好两个联轴器的同
轴度？231
第三部分电机轴承故障诊断和处理
方法232
四十一、电机出厂测试时噪声良好，为什么运抵客户处刚开始运行就出现异常的“吭吭”声？232
四十二、一台电机在渔船上正常运行一段时间后，停机放置了较长时间再启用时，出现明显的“吭吭”声，是什么原因造成的？233
四十三、电机轴承中的密封轴承会漏油一定是故障吗？233
四十四、为什么电机轴承不能到达计算寿命？233
四十五、电机轴承噪声冬天比夏天明显吗？234
四十六、电机轴承啸叫声是怎么
回事？234
四十七、轴承圈断裂是怎么引起
的？235
四十八、一批电机，有的噪声大，有的噪声小，这是怎么回事？235
四十九、同批次电机产生噪声差异的原因是什么？236
五十、为什么拆卸已经失效的轴承时也需要使用合适的工具？237
五十一、造成风机电机的轴承故障原因有哪些？如何处理？237
五十二、电机轴向窜动问题和导致轴承烧毁的原因有哪些？238
五十三、怎样根据轴承润滑脂颜色的变化判定轴承运行状态？238
五十四、使用柱轴承的新电动机无负荷运行时噪声大的原因是
什么？239
五十五、一台电机，在补脂（二硫化钼）后温度上升，其原因是
什么？239
五十六、粉末冶金轴承常见受损原因及处理方法有哪些？240
五十七、给水泵用电动机轴承异响的原因是什么？怎样处理？240
五十八、轴流风机的后端轴承为什么温度高？241
五十九、造成轴承温度高的原因都有哪些（汇总）？242
六十、造成轴承噪声大或异常噪声的原因都有哪些（汇总）？243
六十一、常见轴承损坏现象有哪些？各是什么原因造成的（汇总）？244
附录247
附录A深沟球轴承的径向游隙 （GB/T 46041—2012）247
附录B圆柱滚子轴承的径向游隙 （GB/T 46041—2012） 248
附录C开启式深沟球轴承（60000型）
的极限转速值248
附录D带防尘盖的深沟球轴承（60000－
Z型和60000－2Z型）的极限转速值249
附录E带密封圈的深沟球轴承
（60000－RS型、2RS型、
RZ型、2RZ型）的极限
转速值249
附录F内圈或外圈无挡边的圆柱滚子
轴承（NU0000型、NJ0000型、
NUP0000型、N0000型和
NF0000型）的极限转速值249
附录G单列圆锥滚子轴承（30000型）
的极限转速值250
附录H单向推力球轴承（510000型）的极限转速值250
附录I单向推力圆柱滚子轴承（80000型）的极限转速值250
附录J单列角接触轴承（70000C型、
70000AC型、70000B型）的
极限转速值251
附录KISO公差等级尺寸规则251
附录L深沟球轴承新老标准型号对比及基本尺寸表252
附录M带防尘盖的深沟球轴承新老标准型号及基本尺寸对比表253
附录N带骨架密封圈的深沟球轴承新老标准型号及基本尺寸
对比表254
附录O内圈无挡边的圆柱滚子轴承新老标准型号及基本尺寸
对比表256
附录P外圈无挡边的圆柱滚子轴承新老标准型号及基本尺寸
对比表257
附录Q单向推力球轴承新老标准型号及基本尺寸对比表 262
附录R推力圆柱滚子轴承新老标准型号及基本尺寸对比表263
附录S我国和国外主要轴承生产厂电机常用滚动轴承型号对比表（内径≥10mm）263
附录T径向轴承（圆锥滚子轴承除外）内环尺寸公差表264
附录U径向轴承（圆锥滚子轴承除外）外环尺寸公差表264
附录V 径向轴承（圆锥滚子轴承除外）内外圈厚度尺寸公差表265
附录WY（IP44）系列三相异步电动机现用和曾用轴承牌号265
附录XY2（IP54）系列三相异步电动机现用和曾用轴承牌号265
附录Y滚动轴承国家标准266
参考文献268

电机分为电动机和发电机两大类，其中电动机占绝大部分，是广泛用于各种机械的动力设备。轴承是保障电机正常运行的关键。电机所用轴承主要有滚动轴承和滑动轴承两大类，其中滚动轴承应用较多，是本书要介绍的内容。对于从事电机设计的工程技术人员（本书中简称为电机设计人员）而言，轴承的选择是电机机械结构设计中无法回避的话题，对于从事电机生产及使用和维修的工程技术人员来说，对轴承的装配、拆卸和故障分析诊断是从业人员必备的技能。选择、应用和维护电机轴承需要做的工作可以概括为如图1所示的几个步骤。图1电机轴承的选择、应用和维护
完成上述工作需要具备的知识如图2所示。图2电机轴承应用知识
显然，轴承在电机中的应用技术有其本身的体系。应用技术是根据设备运行工况要求，对给定产品进行选择、使用、维护、分析等方面的技术。应用技术的边界条件是“工况要求”和“给定产品”。与设计技术不同的是，应用技术不涉及改变工况要求和改变产品设计。或者说，应用技术是把产品性能用到最佳、充分发挥其性能的技术。在现代的教育体系中，对于电机专业而言，有电机的设计、制造、控制技术的教学；对于轴承专业（目前专业名称有所调整）而言，有轴承设计、制造方面的教学，而对专门的应用技术所谈甚少。由于对应用技术的教育空白，实际工作中经常遇到的问题往往只能靠摸索和经验的积累来解决。即便在技术资料方面，也很难寻找到成体系的介绍。正是由于工程技术人员这样的知识体系，造成有些人把设计制造技术用于应用领域，或者把应用技术归于纯经验，甚至存在某种不可知性。在电机的轴承应用领域，简单地将研发设计技术用于应用领域时，技术人员会经常提出根据工况的设计更改。须知，轴承是标准件，通常在普遍设计不适用的情况下确实存在更改设计的需求，但是在“物尽其用”之前，轻易地提出修改设计，会造成成本的增加，同时轴承在电机中的使用会遇到后续维护通用性不好、难以寻找备品配件的情况。对于电机设计人员而言，轴承知识并非专业技术的核心内容，如果缺乏轴承应用知识，会直接求助于轴承专业技术人员；而轴承工程技术人员如果对应用工况以及应用技术了解不足，就会盲目地修改轴承设计。更有甚者，由于相互沟通不良，会造成工程问题中的责任不清，甚至扯皮。这样的情况在电机制造商和轴承供应商之间频频发生。前言●●●●●●●●●●电机轴承应用技术另一方面，由于缺乏轴承应用技术教育，一些工程技术人员将应用技术归纳为纯经验领域的学问。日常的轴承应用技术教育都是面对工程实际的口传心授。不同的人有不同的理解，以及不同的表达和传授方式，导致电机轴承应用技术陷入一种标准模糊的境地。甚至很多工程技术人员认为电机轴承存在一些很难解决的问题，而事实并非如此。实际上，从前面的介绍也可以看出，电机轴承的应用技术其实有其自身的体系，这个知识体系并不是独立于电机技术和轴承技术而单独存在的。相反地，电机轴承应用技术和电机技术、轴承技术存在千丝万缕的联系，同时又有其独特的方面。整个电机轴承应用技术处于两个学科的边缘部分，又自成体系。它们之间的关系如图3所示。图3电机轴承应用技术与相关领域技术的关系
电机轴承应用技术作为“边缘技术”，是电机生产、设计、制造、维护的相关实际工作中最常用的一门技术。其需求的频繁出现和目前电机轴承应用技术教育的空缺造成了很多工程技术人员的困扰。事实上，国内外很多工程技术人员，经过多年的知识和经验积累，已经逐渐形成电机轴承应用技术的知识体系。很多轴承的应用标准和电机轴承的标准，就是这些技术进展的一个体现。这些规范说明电机轴承应用技术并非零散的经验积累，很多知识有明确规范的使用和解释。遗憾的是，目前市场上很难见到一本系统化介绍电机轴承应用技术的书籍。所以希望本书能够贡献一份力量。本书将电机轴承应用知识分为11个部分：①电机轴承基础知识；②电机常用滚动轴承的性能及选择；③电机轴系中的轴承结构配置及选择；④电机轴承润滑剂选择和应用；⑤滚动轴承寿命计算；⑥滚动轴承的装配和拆卸工艺；⑦电机运行中的轴承噪声与振动分析；⑧电机轴承维护与状态监测；⑨电机轴承失效分析；电机轴承在使用前和使用中的检测；电机轴承应用技术问答61例。在这些内容中，电机轴承噪声与振动分析部分和最后的应用技术问答部分一样，属于对诸多领域知识的综合应用，其他部分是相对独立的应用知识介绍。需要说明的是，本书中各个章节的知识是相互联系的，而非单独割裂的。在实际工作中，面对一个问题，经常需要同时考虑这些知识模块中的各种可能因素，而这些因素之间其实也是相互影响的。比如，在电机轴承轴系设计中，考虑了选什么轴承，如何在轴系中进行布置，进而对轴承进行校核。很有可能校核的结果导致轴承选型的改变，然后又进入轴系设计步骤。在这个过程中交叉运用了轴承基本知识、轴系配置知识、校核计算、润滑甚至安装拆卸等多方面知识。在本书中，只是为了将轴承应用技术进行系统化梳理，才根据实际应用的大致流程进行了切割和排序，而这并不意味着知识的割裂。但是，另一方面，本书的内容编排也反映了一些应用技术的流程，同时也界定了某些区别和差异。比如在轴承失效分析和状态监测部分，很多资料都是完整地介绍完轴承的安装拆卸之后讨论失效分析，最后介绍状态监测。事实上，这样的排序模糊了状态监测和轴承失效分析的前后顺序，同时也模糊了两个技术环节之间的相互关系和界限。本书在轴承失效分析和状态监测部分用了一定的篇幅介绍目的、意义和两门技术之间的联系，就是为了帮助读者厘清这两部分技术的关系。本书在介绍各个领域技术时，除了着重介绍技术本身“是什么”之外，还着重说明“为什么”。目前很多标准及技术资料对“是什么”的问题已经有了较多描述，但是就“为什么”的问题论述相对较少。在实际工作中也经常遇到电机设计人员坚持“是什么”的教条，而由于不了解“为什么”，便不敢进行变通。希望通过本书的介绍，可以让读者真正掌握电机轴承应用技术，而非知其然不知其所以然。本书在介绍过程中尽量避免过多的理论探讨，我们希望通过对实践问题的解决和理论之间的印证能帮助大家更好地理解电机轴承应用技术。书中还穿插介绍了一些在国内电机生产中实际遇到的问题以及分析和解决方法，希望能帮助更多的同行解决问题。实际上，电机轴承应用技术除了本书所说的一些分类知识以外，还有一些难以被分类、分散在其他领域的知识。在最后一章中，也对一些问题的解答做了补充。在前些年，本书编者曾出版过《滚动轴承使用常识》（第1版和第2版）。本书借用了其中大部分内容。本书中的有些数据来源于国家和行业标准、轴承生产企业的样本和使用手册；引用了刘泽九先生主编的《滚动轴承应用手册（第3版）》中的一些轴承数据。在此，对刘泽九先生及其他相关作者表示衷心的感谢。本书编者中，才家刚编写了第一章、第十章、第六章和附录，以及第十一章的部分内容，并对全书进行统稿；王勇编写了前言、第二章、第三章、第五章、第七～九章以及第四章和第十一章的大部分内容；赵明、赵文杰、齐永红、李红、薛红秋、齐岳等参与了部分内容的编写、资料收集、绘图、打字、校核和修改等工作。由于编者知识水平和实践经验有限，书中难免有不准确甚至错误之处。恳请在电机和轴承行业工作的专家以及广大工作在一线的电机使用和维修人员提出宝贵的意见和建议，在此表示感谢。
编者