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根據(jù)電機(jī)原理可知,n下降,會(huì)使電機(jī)切割磁力線產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)E反下降;在電樞繞組兩端的電壓U一定時(shí),E反下降導(dǎo)致電樞電流I樞升高,從而使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M值增加,使得M=Mz+M0,轉(zhuǎn)速在較低值下重新趨于平穩(wěn);而I樞升高,導(dǎo)致熱能Q=I樞2R增加。對(duì)于散熱條件受限制的微型電機(jī),逐漸積累的熱量會(huì)使電機(jī)溫升增大,進(jìn)而形成的較高溫度下的產(chǎn)熱與散熱平衡[1]。對(duì)于微型電機(jī),其結(jié)構(gòu)尺寸較小,工作載荷也小,若電機(jī)處于高轉(zhuǎn)速的環(huán)境,M0對(duì)于電機(jī)溫升的影響也成了一個(gè)較為重要的因素。

 

1.2 摩擦力矩對(duì)電機(jī)溫升的影響直流微電機(jī)在空載狀態(tài)或負(fù)載較小時(shí),M0對(duì)于M的影響較為顯著。從M0的性質(zhì)來(lái)看,其主要構(gòu)成是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各部件之間產(chǎn)生的摩擦力矩Mf。另外,從電機(jī)功率輸入到輸出所損耗的能量分析可知,在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損耗中,軸承的摩擦損耗是其中的一個(gè)主要方面。降低軸承的摩擦力矩MfB,可使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),用于平衡的電磁轉(zhuǎn)矩M減小,進(jìn)而使I樞降低,電機(jī)產(chǎn)熱量Q下降。相應(yīng)地,最終使得電機(jī)在較低溫度下達(dá)到產(chǎn)熱與散熱的平衡[2]。

 

2 摩擦力矩影響因素分析對(duì)于深溝球軸承

 

 

 

(1)載荷作用區(qū)內(nèi)的球體在溝道上形成一個(gè)壓力橢圓,使得球體在滾動(dòng)時(shí)受阻滯。壓力橢圓越大,阻力越大。

 

(2)在軸承旋轉(zhuǎn)時(shí),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(dòng)時(shí)產(chǎn)生自旋現(xiàn)象,在溝道表面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。

 

(4)球體與保持架之間因各種異常情況而產(chǎn)生的直接滑動(dòng)摩擦。

 

(5)因潤(rùn)滑不良而造成球體與溝道間的干摩擦。由于軸承結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)時(shí)必然會(huì)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(jù)國(guó)外有關(guān)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(shù)小、硬度高,耐高溫,熱穩(wěn)定性好,彈性模量高等。

 

陶瓷球的彈性模數(shù)是鋼球的1.5倍,當(dāng)軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)球體在溝道表面形成一個(gè)較小的壓力橢圓,使溝道表面對(duì)球體的阻滯作用減小;同時(shí)由于陶瓷的高模數(shù)及好的熱穩(wěn)定性,在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí),內(nèi)、外圈之間能產(chǎn)生并長(zhǎng)時(shí)間保持較小的壓力角差,從而形成良好的運(yùn)動(dòng)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(duì)溝道的作用力減小,摩擦力矩也相對(duì)減小,另外,高速軸承的滾動(dòng)接觸條件對(duì)使用陶瓷球比鋼球更為有利。陶瓷球的自旋滾動(dòng)比較小,接觸狀態(tài)更好,自旋摩擦也小[4]。

 

陶瓷球因其自潤(rùn)滑的/軟0特性而在潤(rùn)滑不良情況下能與保持架與溝道之間保持較好的潤(rùn)滑。

 

并且,因各種原因?qū)е螺S承輕微偏斜時(shí),陶瓷球與保持架之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)要小許多,因而陶瓷球軸承能保持良好的運(yùn)動(dòng)特性。

 

在滾動(dòng)軸承摩擦系統(tǒng)中,通過(guò)鋼/陶瓷匹配的親合性低于鋼/鋼匹配的親合性。當(dāng)潤(rùn)滑膜未能很好地形成或缺少有效潤(rùn)滑時(shí),較低的親合性可有效地發(fā)揮作用。同時(shí),在軸承因溫升等原因?qū)е虑蝮w尺寸變化時(shí),由于混合軸承預(yù)過(guò)盈變化較小,球體與溝道之間發(fā)生干摩擦的機(jī)會(huì)也相對(duì)縮小[5]。

 

FAG公司Rudolf Weigand在/關(guān)于陶瓷用于滾動(dòng)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(duì)比試驗(yàn)結(jié)果,如圖1所示。

 

圖1 摩擦力矩試驗(yàn)結(jié)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(yuǎn)小于鋼制軸承,且隨dN值增加,混合軸承對(duì)改善軸承摩擦力矩的貢獻(xiàn)就越大。

 

4 對(duì)比試驗(yàn)基于上述理論分析,我們進(jìn)行了直流微電機(jī)混合軸承的試制及軸承摩擦力矩和電機(jī)溫升方面的測(cè)試。試驗(yàn)中,采用了成品軸承換滾動(dòng)體的方法取得混合陶瓷球軸承。

 

 

(1)取30套正品61806/P5軸承(用于50SZW-CZ11電機(jī)),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(cè)試其摩擦力矩,結(jié)果如表1所示。

 

(2)軸承拆套,測(cè)鋼球偏差。61806/P5軸承每套內(nèi)裝U3.175 mm鋼球20粒,精度G10級(jí),測(cè)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(jí)精度的陶瓷球300粒。

 

(4)將300粒陶瓷球和相應(yīng)的鋼制套圈進(jìn)行裝配。并對(duì)裝配好的15套混合軸承進(jìn)行如第(1)步驟的摩擦力矩的測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表1所示。

 

(5)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)電機(jī):50SZW-CZ11裝配軸承型號(hào):61806/P5dN值:2.7@105mm#r/min工作條件:轉(zhuǎn)速7 500?22.5 r/min工作載荷:1 N溫升測(cè)試結(jié)果如表1所示。

 

裝有混合軸承的微電機(jī)的溫升基本符合生產(chǎn)要求。測(cè)試數(shù)據(jù)與前述理論分析結(jié)果相符。試驗(yàn)#38#5軸承61999.?.51 微型直流電機(jī)的溫升原因1.1 溫升原因直流電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中輸出的電磁轉(zhuǎn)矩M主要用于平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mz和空載損耗轉(zhuǎn)矩M0。

 

即M = Mz+ M0電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),若上式中Mz或M0值增加,會(huì)導(dǎo)致M