Как наиболее рационально скомпоновать подшипники электродвигателя? 

Ротор электродвигателя обычно опирается на две пары подшипников, которые обеспечивают его радиальное и осевое фиксирование относительно статора. В зависимости от эксплуатационных требований, таких как нагрузка, требуемая точность вращения и стоимость изготовления, в конструкции подшипников электродвигателя обычно используются следующие схемы: схема с фиксированным одним концом и плавающим другим; схема с предварительной регулировкой и фиксированными обоими концами; а также «плавающая» схема с плавающими обоими концами.

01 Конфигурация с фиксированным и плавающим концами

Подшипник фиксированного конца закрепляется одновременно с помощью вала и подшипниковой камеры торцевой крышки, обеспечивая радиальную опору на одном конце вала и одновременно выполняя функцию осевой фиксации в обоих направлениях. Подшипники фиксированного конца должны быть радиальными подшипниками, способными выдерживать комбинированные радиальные и осевые нагрузки. В электродвигателях чаще всего используются радиальные шарикоподшипники, а в некоторых других механизмах также применяются двухрядные или спаренные однорядные углоконтактные шарикоподшипники и другие подшипники, способные выдерживать комбинированные нагрузки. В двигателях с трехподшипниковой конструкцией фиксация осуществляется с помощью комбинации подшипников, а именно: комбинации радиальных подшипников, способных выдерживать только чисто радиальные нагрузки (цилиндрические роликовые подшипники без бортиков), и радиальных шарикоподшипников, способных выдерживать комбинированные нагрузки. В такой конфигурации другой подшипник — радиально-упорный шарикоподшипник — используется только для осевой фиксации в двух направлениях, при этом в подшипниковом гнезде необходимо оставить определенную радиальную свободу, то есть обеспечить зазорное соединение по диаметру гнезда.

Подшипник свободного конца двигателя расположен на другом конце вала и обеспечивает только радиальную опору, поэтому в качестве подшипника свободного конца можно использовать как радиальные шарикоподшипники, так и цилиндрические подшипники. В двигателях с большими нагрузками, а также в двигателях с ударными нагрузками в большинстве случаев используются цилиндрические роликоподшипники. При такой конфигурации необходимо предусмотреть возможность определенного осевого смещения вала, чтобы между подшипниками не возникали взаимные силы. Во время работы двигателя, когда вал расширяется под воздействием тепла, осевое смещение может происходить внутри некоторых типов подшипников (цилиндрических роликовых подшипников). Осевое смещение также может происходить между одним из колец подшипника и соединенной с ним деталью, предпочтительно между наружным кольцом подшипника и подшипниковым гнездом. Учитывая это, выбор подшипников типа N или NU требует от конструктора проведения сравнительного анализа и обоснования. Существует множество различных комбинаций расположения подшипников на фиксированном и плавающем концах; ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых комбинаций. Для жестких конфигураций подшипников следует использовать комбинации, в которых осевое смещение может осуществляться внутри подшипника, например: комбинация радиальных шарикоподшипников и цилиндрических роликоподшипников; комбинация двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников и цилиндрических роликоподшипников; комбинация парных однорядных конических роликоподшипников и цилиндрических роликоподшипников и т. д. Конечно, существуют и другие варианты комбинаций. При проектировании в этой области рекомендуется проводить совместный анализ и выбор с производителем подшипников. В вышеуказанных комбинациях необходимо свести к минимуму угловую погрешность между валом и подшипниковым корпусом. Если условия применения этого не позволяют, рекомендуется использовать комбинации самоустанавливающихся подшипников, способных выдерживать большую угловую погрешность. Такие конфигурации могут выдерживать определенную угловую погрешность и осевое смещение, а также позволяют избежать возникновения внутренних осевых сил в валовой системе. В конфигурациях подшипников, где внутреннее кольцо несет вращательную нагрузку, изменение длины вала должно компенсироваться за счет зазора между подшипником и его опорной поверхностью, а осевое смещение должно происходить между наружным кольцом и подшипниковым гнездом. Наиболее часто используются комбинации радиальных шарикоподшипников и радиальных шарикоподшипников, а также комбинации пар однорядных углоконтактных шарикоподшипников и радиальных шарикоподшипников.

02 Конфигурация с плавающими подшипниками

Конструкция с плавающими подшипниками также относится к типу перекрестного позиционирования и подходит для случаев, когда требуется лишь умеренное осевое позиционирование или когда на валу имеются другие детали, выполняющие функцию осевого позиционирования. В такой конструкции наиболее важно, чтобы каждый подшипник мог смещаться в осевом направлении. Это может происходить между одним из колец подшипника и его опорной поверхностью, но предпочтительно — между наружным кольцом подшипника и подшипниковым гнездом.

03 Конфигурация подшипников с предварительной регулировкой

В конфигурации с предварительной регулировкой вал фиксируется в одном направлении одним подшипником, а в другом — другим. Такая конфигурация называется «перекрестной» и обычно используется в валовых системах небольшой длины. Для такой конфигурации подходят все радиальные подшипники, способные выдерживать осевые нагрузки (в одном или двух направлениях). В некоторых случаях в конфигурации с перекрестным фиксированием используются однорядные радиально-упорные шарикоподшипники или конические роликоподшипники, однако может потребоваться наложение определенного предварительного натяга.