单边磁拉力是电机中常见的一个概念,具体就是指由于电机定转子中心线不对齐带来的电机气隙不均衡从而产生的磁拉力。
对于一般卧式电机而言,即便不考虑工艺偏差的情况下也会存在出现单边磁拉力的可能性。其中最普遍的就是电机轴由于自身重力原因而发生的挠性带来的定转子中间上下气隙的偏差原因,如下图所示:
此时电机上部气隙会增加一个𝛅1,而下部气隙将减小相同的量。此时电机工作时候上下气隙不同,气隙磁密也不同,造成转子受到向上和向下的磁拉力不同。这个磁拉力差,就构成了我们所说的单边磁拉力。
事实上电机转子本身沿着气隙一圈都有磁拉力,只不过沿圆周方向大小相等(气隙一致的时候),方向相反,从而相互抵消了。
对于卧式电机而言,此时两端轴承除了承受电机转子的重力以外(假如没有其他额外的轴向负荷和径向负荷时候),需要承担一个额外的径向负荷-单边磁拉力。
此时当工程师对与轴承进行寿命校核计算的时候,就应该将单边磁拉力考虑进去,纳入电机轴承的径向负荷,从而得到正确的选型。
是不是所有的卧式电机都需要计入单边磁拉力的影响?
由上面分析可以看到,单边磁拉力对于卧式电机,即便不考虑工艺偏差的情况下也有可能存在,因此能否就得出结论:所有的卧式电机对轴承进行寿命校核的时候,都需要计入单边磁拉力的影响呢?
◆从设计角度看
根据单边磁拉力的形成原因可以得知,电机轴的挠曲是产生气隙不均匀,进而产生单边次拉力的原因。那么工程师们就可以清楚地知道对于容易发生挠曲的电机单边磁拉力是不可以忽略的,比如转子自重特别大,转子总体呈现细长结构等等。
相应的,对于一些短粗型的电机,或者转子自重很小的电机,这种由于轴挠曲而带来的单边磁拉力几乎可以忽略不计。因此对于这类电机,校核轴承寿命的时候,电机的单边磁拉力可以不计入。
◆从工艺和加工偏差角度
由于工艺和加工偏差,电机依然可以产生单边磁拉力。但是工艺和加工偏差发生的程度和位置又是工程师控制的重点。所以,如果对于气隙不均匀有容差控制,而且这个容差最大值所产生的单边磁拉力相对电机转子重力是一个不可忽略的值的时候,工程师需要将这个单边磁拉力纳入对电机轴承寿命进行校核范围。反之,则不需要。
立式电机需要考虑单边磁拉力么?
经常有工程师会询问,立式电机如何考虑单边磁拉力对轴承寿命的影响。事实上,如果知道了单边磁拉力的定义和来源,就可以对这个问题有非常明确的了解了。
首先从上面的讨论中,我们知道单边磁拉力主要来源于轴自重而带来的的挠曲。如果是立式电机,那么电机转子的重力就变轴向力,这个轴向力对轴的变形不是单纯的挠曲。一般电机轴并不是十分细长,因此难以出现“几道弯儿”式的挠曲。或者此时其实电机转子重力(已经变成轴向力),不应该产生影响气隙分布的径向分量。所以,此时,不应该考虑单边磁拉力对于轴承寿命的影响。
第二,如果考虑电机工艺加工偏差,那么依然适用于最大容差带来的影响。如果这个影响产生的单边磁拉力对于轴承所承受的负荷是一个不可忽略的量级,则需要纳入考虑。
作者:王勇