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如何考慮電機單邊磁拉力對軸承選型的影響？

發(fā)布時間：2025-08-11

電機的單邊磁拉力主要是由于電機定轉(zhuǎn)子中心線不對稱帶來的磁場不均勻產(chǎn)生。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較快時，單邊磁拉力對電機穩(wěn)定性造成的影響尤為明顯，可能會引起電機振動、噪音等問題，甚至危及電機的安全運行。中心線不對稱通常是由制造安裝誤差，軸承磨損，轉(zhuǎn)子撓度引起。

1　電機轉(zhuǎn)子撓度引起

電機的設(shè)計趨勢逐漸向高功率，小體積發(fā)展。而降低電機中心高，縮小電機直徑體積，增加鐵芯長度可以有效：

1、減小電機體積；

2、提高功率及電機性能。

隨著電機徑向尺寸降低，電機鐵芯的長度增加，電機轉(zhuǎn)軸也越來越細(xì)長。所以對于一般臥式電機，即便不考慮安裝制造，軸承磨損情況，也可能出現(xiàn)單邊磁拉力。電機軸由于自身重量而發(fā)生的撓性會帶來定轉(zhuǎn)子上下氣隙的偏差。如下圖：轉(zhuǎn)子偏心e0；

此時電機上部氣隙會增加e0，而下部氣隙將減小e0。此時電機上下氣隙不同，氣隙磁密也不同，造成轉(zhuǎn)子受到向上和向下的磁拉力不同。這個磁拉力差，就是上面提到的單邊磁拉力。

電機軸在重力影響下產(chǎn)生撓度，撓度產(chǎn)生單邊磁拉力，而單邊磁拉力會進(jìn)一步增加電機軸的擾度，新增加的擾度又會增加單邊磁拉力。最終在撓度與力（重力，磁拉力）之間達(dá)成最終的動態(tài)平衡。

2　軸承磨損引起

磁拉力將電機轉(zhuǎn)子拉向一側(cè)，使軸承一側(cè)始終受力嚴(yán)重，軸承磨損加劇，加快，而軸承的過度磨損又反向加大轉(zhuǎn)子偏心，產(chǎn)生更大的單邊磁拉力。

3　單邊磁拉力計算公式

電機單邊磁拉力的計算公式有很多，計算結(jié)果差異相對也比較大，傳統(tǒng)單邊磁拉力計算設(shè)計主要參考機械工業(yè)出版社《交流電機設(shè)計手冊》，《電機設(shè)計》等。單邊磁拉力計算如下：

圖2：圖片來自網(wǎng)絡(luò)（供參考）

當(dāng)工程師對電機軸承進(jìn)行壽命校核計算的時候，必須將單邊磁拉力納入電機軸承的徑向負(fù)荷考慮（見圖3與圖4）。否則，電機軸承有可能由于承受過大未考慮的單邊磁拉力載荷，受用壽命嚴(yán)重低于預(yù)期壽命，從而發(fā)生嚴(yán)重軸承磨損，甚至更嚴(yán)重的設(shè)備故障。

圖3：來自某電機OEM

圖4：電機軸承計算需要考慮的載荷

4　如何考慮單邊磁拉力對電機軸承的計算影響

4.1 臥式電機

根據(jù)單邊磁拉力的形成原因可以得知，電機軸的撓曲是產(chǎn)生氣隙不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生單邊磁拉力的主要原因。那么：

對于容易發(fā)生撓曲的電機單邊磁拉力不可忽略，如：大自重轉(zhuǎn)子，細(xì)長轉(zhuǎn)子等。

對于短粗型的電機，或轉(zhuǎn)子自重很小型電機，軸撓曲而帶來的單邊磁拉力幾乎可以忽略不計。

即使電機軸不發(fā)生撓曲，但由于設(shè)計，加工，安裝偏差，電機依然可以產(chǎn)生單邊磁拉力。對于設(shè)計，加工，安裝偏差可以通過設(shè)計，工藝來控制偏差，如果此類氣隙不均勻產(chǎn)生的單邊磁拉力相對電機轉(zhuǎn)子重力是不可忽略的量級值時，需要將單邊磁拉力納入電機軸承壽命計算值。

4.2 立式電機

單邊磁拉力主要來源于軸自重而帶來的的撓曲。對于立式電機，電機轉(zhuǎn)子的重力變?yōu)榱溯S向力。而一般電機軸難以出現(xiàn)壓彎撓曲的情況，所以，此時可以不考慮軸自重?fù)隙犬a(chǎn)生的單邊磁拉力對于軸承壽命的影響。

電機設(shè)計，加工，安裝偏差，與臥式電機相同，如果產(chǎn)生的單邊磁拉力對于軸承所承受的徑向負(fù)荷是一個不可忽略的量級值時，需要納入計算。

5　減小單邊磁拉力的方法

為了減小單邊磁拉力，可以從以下幾個方面進(jìn)行優(yōu)化：

1.選擇合適的材料：減小磁場不均勻現(xiàn)象，從而減小單邊磁拉力。

2.優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)：改善磁場分布，減小單邊磁拉力。

3.調(diào)整動態(tài)平衡：消除不平衡力，從而減小單邊磁拉力。

4.增加電機軸剛度，減少彎曲；

5.及時更換磨損的軸承。

部分參考網(wǎng)絡(luò)資料。

來源：機泵與軸承