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微型直流電機的溫升原因
時間：2013-9-21 21:01:48 來源：西安西瑪電機廠 作者：西瑪電機 點擊：
西安西瑪電機文章：以下是由西瑪電機問您總結的直流電機的溫升原因以及遇到這種情況后，該如何解決。
1 微型直流電機的溫升原因
1.1 溫升原因直流電機在運轉過程中輸出的電磁轉矩M主要用于平衡負載轉矩Mz和空載損耗轉矩M0。
即M = Mz+ M0電機運轉時,若上式中Mz或M0值增加,會導致M
根據電機原理可知,n下降,會使電機切割磁力線產生的感生電動勢E反下降;在電樞繞組兩端的電壓U一定時,E反下降導致電樞電流I樞升高,從而使電機的電磁轉矩M值增加,使得M=Mz+M0,轉速在較低值下重新趨于平穩;而I樞升高,導致熱能Q=I樞2R增加。對于散熱條件受限制的微型電機,逐漸積累的熱量會使電機溫升增大,進而形成的較高溫度下的產熱與散熱平衡[1]。對于微型電機,其結構尺寸較小,工作載荷也小,若電機處于高轉速的環境,M0對于電機溫升的影響也成了一個較為重要的因素。
1.2 摩擦力矩對電機溫升的影響直流微電機在空載狀態或負載較小時,M0對于M的影響較為顯著。從M0的性質來看,其主要構成是電機運轉時在各部件之間產生的摩擦力矩Mf。另外,從電機功率輸入到輸出所損耗的能量分析可知,在電機運轉時的機械損耗中,軸承的摩擦損耗是其中的一個主要方面。降低軸承的摩擦力矩MfB,可使電機運轉時,用于平衡的電磁轉矩M減小,進而使I樞降低,電機產熱量Q下降。相應地,最終使得電機在較低溫度下達到產熱與散熱的平衡[2]。
2 摩擦力矩影響因素分析對于深溝球軸承
MfB=M1+ ML式中 M1載荷及軸承結構引起的摩擦力矩ML潤滑劑引起的軸承摩擦力矩試驗條件一定時,ML相對M1來說對MfB#37#的影響較小。本文暫忽略ML而主要考慮M1對軸承產生的影響。的影響較小。本文暫忽略ML而主要考慮M1對軸承產生的影響。
由M1值產生的影響因素主要有:
(1)載荷作用區內的球體在溝道上形成一個壓力橢圓,使得球體在滾動時受阻滯。壓力橢圓越大,阻力越大。
(2)在軸承旋轉時,球體由于受離心力的影響而作用于溝道表面,使摩擦力增加。
(3)球體在軸承滾動時產生自旋現象,在溝道表面產生滑動摩擦。
(4)球體與保持架之間因各種異常情況而產生的直接滑動摩擦。
(5)因潤滑不良而造成球體與溝道間的干摩擦。由于軸承結構以及目前軸承加工工藝水平所限,上述情況在軸承高速旋轉時必然會或多或少地影響軸承的摩擦力矩M1值。
3 降低摩擦力矩的措施據國外有關陶瓷球軸承的資料顯示,陶瓷材料用于軸承比軸承鋼有許多好的特性;重量輕、熱膨脹系數小、硬度高,耐高溫,熱穩定性好,彈性模量高等。
陶瓷球的彈性模數是鋼球的1.5倍,當軸承高速運轉時球體在溝道表面形成一個較小的壓力橢圓,使溝道表面對球體的阻滯作用減小;同時由于陶瓷的高模數及好的熱穩定性,在軸承高速旋轉時,內、外圈之間能產生并長時間保持較小的壓力角差,從而形成良好的運動特性;再者,陶瓷球的離心力為鋼球的40%左右,離心力大大減小,使得球體對溝道的作用力減小,摩擦力矩也相對減小,另外,高速軸承的滾動接觸條件對使用陶瓷球比鋼球更為有利。陶瓷球的自旋滾動比較小,接觸狀態更好,自旋摩擦也小[4]。
陶瓷球因其自潤滑的/軟0特性而在潤滑不良情況下能與保持架與溝道之間保持較好的潤滑。
并且,因各種原因導致軸承輕微偏斜時,陶瓷球與保持架之間的相對運動要小許多,因而陶瓷球軸承能保持良好的運動特性。
在滾動軸承摩擦系統中,通過鋼/陶瓷匹配的親合性低于鋼/鋼匹配的親合性。當潤滑膜未能很好地形成或缺少有效潤滑時,較低的親合性可有效地發揮作用。同時,在軸承因溫升等原因導致球體尺寸變化時,由于混合軸承預過盈變化較小,球體與溝道之間發生干摩擦的機會也相對縮小[5]。
FAG公司Rudolf Weigand在/關于陶瓷用于滾動軸承的研究0中,介紹了混合軸承與鋼制軸承摩擦力矩的對比試驗結果,如圖1所示。
圖1 摩擦力矩試驗結果由圖1中可看出,隨著dN值的增加,混合軸承的摩擦力矩要遠小于鋼制軸承,且隨dN值增加,混合軸承對改善軸承摩擦力矩的貢獻就越大。
4 對比試驗基于上述理論分析,我們進行了直流微電機混合軸承的試制及軸承摩擦力矩和電機溫升方面的測試。試驗中,采用了成品軸承換滾動體的方法取得混合陶瓷球軸承。
試驗過程如下:
(1)取30套正品61806/P5軸承(用于50SZW-CZ11電機),用白汽油清洗后,加1~2滴ZYS-203薄層防銹油,在MJ-5摩擦力矩儀上測試其摩擦力矩,結果如表1所示。
(2)軸承拆套,測鋼球偏差。61806/P5軸承每套內裝U3.175 mm鋼球20粒,精度G10級,測出其中有15套300粒鋼球偏差為+0.5Lm。
(3)加工、制造出U3.175 mm+0.5Lm、G10級精度的陶瓷球300粒。
(4)將300粒陶瓷球和相應的鋼制套圈進行裝配。并對裝配好的15套混合軸承進行如第(1)步驟的摩擦力矩的測試,測試結果如表1所示。
(5)進行電機運轉試驗試驗電機:50SZW-CZ11裝配軸承型號:61806/P5dN值:2.7@105mm#r/min工作條件:轉速7 500?22.5 r/min工作載荷:1 N溫升測試結果如表1所示。
裝有混合軸承的微電機的溫升基本符合生產要求。測試數據與前述理論分析結果相符。試驗#38#5軸承61999.?.51 微型直流電機的溫升原因1.1 溫升原因直流電機在運轉過程中輸出的電磁轉矩M主要用于平衡負載轉矩Mz和空載損耗轉矩M0。
即M = Mz+ M0電機運轉時,若上式中Mz或M0值增加,會導致M
根據電機原理可知,n下降,會使電機切割磁力線產生的感生電動勢E反下降;在電樞繞組兩端的電壓U一定時,E反下降導致電樞電流I樞升高,從而使電機的電磁轉矩M值增加,使得M=Mz+M0,轉速在較低值下重新趨于平穩;而I樞升高,導致熱能Q=I樞2R增加。對于散熱條件受限制的微型電機,逐漸積累的熱量會使電機溫升增大,進而形成的較高溫度下的產熱與散熱平衡[1]。對于微型電機,其結構尺寸較小,工作載荷也小,若電機處于高轉速的環境,M0對于電機溫升的影響也成了一個較為重要的因素。
1.2 摩擦力矩對電機溫升的影響
直流微電機在空載狀態或負載較小時,M0對于M的影響較為顯著。從M0的性質來看,其主要構成是電機運轉時在各部件之間產生的摩擦力矩Mf。另外,從電機功率輸入到輸出所損耗的能量分析可知,在電機運轉時的機械損耗中,軸承的摩擦損耗是其中的一個主要方面。降低軸承的摩擦力矩MfB,可使電機運轉時,用于平衡的電磁轉矩M減小,進而使I樞降低,電機產熱量Q下降。相應地,最終使得電機在較低溫度下達到產熱與散熱的平衡[2]。
2 摩擦力矩影響因素分析對于深溝球軸承
MfB=M1+ ML式中 M1載荷及軸承結構引起的摩擦力矩ML潤滑劑引起的軸承摩擦力矩試驗條件一定時,ML相對M1來說對MfB#37#5軸承61999.?.5結果證明了理論分析的正確性。
表1軸承類型起動摩擦力矩/g#cmI樞/A電機溫升/e鋼制軸承8~10 1.6 70~75混合軸承2~3.5 0.8 20~355 結論在電機運轉條件及軸承等零部件的裝配空間受限制的情況下,用混合陶瓷球軸承代替鋼制軸承作為微電機的運轉部件是降低電機運轉摩擦力矩性能和溫升現象的有效的解決辦法。
本文標簽:直流電機,微型直流電機
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