Виброизолированный подшипниковый узел электрической машины
Полезная модель относится к области вибрации в машиностроении, а именно, к решению задач, связанных с необходимостью снижения вибрации подшипникового узла как одной из наиболее виброактивных частей электрической машины. Технический результат достигается применением в конструкции подшипникового узла элементов осевого поджатия, выполненных в виде плоских консольных пружин и установленных под них прокладок различной толщины, индивидуальная настройка которых позволяет достичь равномерного осевого поджатия по всей окружности наружного кольца подшипника и, таким образом, уменьшить динамические нагрузки, создаваемые ротором и подшипниками. Результатом применения заявляемого виброизолированного подшипникового узла является значительное снижение уровней вибрации электрической машины в широком диапазоне частот.
Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности, к конструкциям подшипниковых узлов электрических машин с пониженным уровнем вибрации.
Подшипники качения, при эксплуатации электрических машин, являются наиболее интенсивным источником вибрации и шума в широком диапазоне частот из-за наличия внутренних зазоров, образованных неидеальными геометрическими поверхностями элементов шарикоподшипников и их посадочных мест.
Значительное снижение подшипниковых вибраций и шума может быть достигнуто устранением внутренних зазоров в шарикоподшипниках при помощи упругого осевого поджатия наружного кольца подшипника, что способствует увеличению надежности и срока службы электрической машины в целом.
Известны конструкции подшипниковых узлов с осевым поджатием [1]. Приведены три варианта: поджим с помощью дисковых (тарельчатых) пружин; натяг с помощью винтовых цилиндрических пружин и натяг с помощью одной центральной винтовой цилиндрической пружины. Недостатками данных конструкций являются: трудности обеспечения одинакового давления от всех пружин, большое количество деталей, требующих точной установки, необходимость калибровки гнезда подшипникового щита для свободного перемещения в нем наружного кольца шарикоподшипника.
Известен также подшипниковый узел электрической машины, в котором за счет использования промежуточной амортизации ротора с помощью разрезных пружинных колец возможно уменьшение вибрации, создаваемой ротором и подшипниками и передаваемой на опоры [2]. Недостатком данной конструкции являются сложность расчета механической прочности разрезного кольца с учетом проседания ротора под действием собственного веса и необходимость совмещения амортизации ротора пружинным разрезным кольцом с осевым поджатием шарикоподшипника.
В приведенных выше конструкциях подшипниковых узлов осевой поджим может осуществляться только со стороны свободного (не зажатого) шарикоподшипника.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является подшипниковый узел [3], в конструкции которого применено комбинированное упругое поджатие наружного кольца подшипника в осевом и радиальных направлениях с помощью однотипных плоских пружин. Поджатие обеспечивается за счет отогнутых в осевом направлении свободных концов пружин в процессе монтажа шарикоподшипника внутри посадочного гнезда подшипникового узла.
Недостатками данного подшипникового узла являются: сложность учета проседания ротора под действием собственного веса, а также невозможность регулировки поджатия пружин.
Целью предлагаемой полезной модели является: достижение высокой соосности опор вращения, снижение вибрации подшипникового узла и увеличение долговечности подшипника.
Предлагаемая виброизолированная конструкция подшипникового узла электрической машины (фиг.1) имеет шаровую втулку 8 в подшипниковом гнезде 4, в которую устанавливаются шарикоподшипники 9. Наружные кольца обоих шарикоподшипников поджимаются во встречном направлении стальными пружинами 3, которые установлены в пазы, равномерно расположенные по окружности подшипникового щита и шаровой втулки.
Шарикоподшипник 9, закрепленный на валу, установлен по скользящей посадке в шаровой втулке 8, которая, в свою очередь, установлена с натягом в посадочное гнездо подшипникового щита 7.
Шаровая поверхность втулки 8 обеспечивает возможность самоустановления наружных колец шарикоподшипников относительно подшипниковых щитов под воздействием генерируемых в подшипнике сил, вызванных неточностью изготовления.
Пружины 3, вставленные в пазы подшипникового щита 7 и закрепленные винтами 5, поджимают наружное кольцо подшипника через торцевые пазы шаровой втулки, что препятствует угловому смещению как самих пружин, так и шаровой втулки. Для настройки давления пружин под них устанавливаются плоские стальные прокладки 6 различной толщины для установки ротора в рабочее положение с учетом электромагнитных сил статора и осевых сил от нагрузки. На крышке 1 предусмотрен ограничитель хода пружин 2, предохраняющий от выхода из строя механизм поджатия подшипников при воздействии механических факторов.
Предлагаемая конструкция подшипникового узла электрической машины позволяет при выполнении настроечной операции уравновесить электромагнитные силы обмотки статора подачей напряжения постоянного тока в две любые последовательно соединенные фазы обмотки статора (фиг.2) и измерить с помощью индикатора 3 значения выступов L1 и L2 шаровых втулок 1 относительно подшипниковых щитов 2, а также определить отклонения 
l1 и l2 (фиг.3) контактных поверхностей концов каждой i-й пружины 1 от плоскости их закрепления, вызванные неплоскостностью пружин и прокладок 2. Толщина прокладок 1 и 2 под пружины определяется с учетом прогиба пружины при номинальном усилии, которое зависит от долговечности подшипника, а следовательно от срока службы электрической машины.
Таким образом, конструкция осевого поджатия обеспечивает равномерное распределение давления по окружности наружного кольца шарикоподшипника и допускает регулировку поджатия каждой пружины, что в результате способствует улучшению виброакустических характеристик электрической машины.
Предложенная конструкция виброизолированного подшипникового узла имеет следующие преимущества:
- уменьшение усилий, создаваемых ротором и подшипниками и передаваемых на корпус, а следовательно уменьшение вибрации на опорах электрической машины;
- создание условий длительного сохранения виброакустических характеристик электрической машины при выработке ее технического ресурса;
- возможность регулировки давления пружин с помощью прокладок различной толщины позволяет учитывать электромагнитные силы статора для установки ротора в среднее положение, а также осевые силы от нагрузочного механизма.
На фиг.4 приведено сравнение виброакустических характеристик электрической машины с классическим и заявляемым виброизолированным подшипниковыми узлами. В конструкции классического подшипникового узла один подшипник фиксируется в корпусе в осевом направлении, а второй имеет возможность осевого перемещения (плавания) наружного кольца в подшипниковом щите.
Применение заявляемого виброизолированного подшипникового узла, благодаря уменьшению динамических нагрузок, создаваемых ротором и подшипниками, позволило снизить уровни дискретных составляющих вибрации в широком диапазоне частот, а также общий уровень вибрации на 16 дБ.
Литература:
1. Трифонова Н.П. Конструкция подшипниковых узлов с осевым поджатием // Труды ВНИИЭМ. - 1969. - Т.28.
2. Амбарцумов Т.Г., Гончаров В.К. Амортизация ротора электрической машины с помощью разрезных пружинных колец // Труды ВНИИЭМ. - 1969 - Т.28.
3. Подшипниковый узел электрической машины. Патент РФ 
88224, МПК 3 Н02К 5/16, бюл. 30, 2009 г.
1. Виброизолированный подшипниковый узел электрической машины, содержащий размещенный в посадочном отверстии подшипникового щита подшипник, на наружном кольце которого установлена промежуточная втулка, контактирующая с элементами осевого поджатия, установленными в радиально-лучевых пазах втулки и щита, отличающийся тем, что промежуточная втулка выполнена по наружному диаметру в виде сферического шарового пояса, позволяющего автоматическое изменение положения наружного кольца подшипника под действием генерируемых в нем сил, вызванных геометрическим несовершенством элементов подшипника и неточностью изготовления.
2. Виброизолированный подшипниковый узел электрической машины по п.1, отличающийся тем, что элементы осевого поджатия выполнены в виде плоских консольных пружин и установленных под них прокладок различной толщины, индивидуальная настройка которых позволяет достичь равномерного осевого поджатия по всей окружности наружного кольца подшипника.
