用于电机轴承预紧力控制的方法与流程

1.本发明涉及滚动轴承电机技术领域，尤其是涉及一种用于电机轴承预紧力控制的方法。


背景技术：

2.流体机械是指以流体为工质进行能量转换的机械，随着节能减排的推广，广泛应用于石油化工等行业的生产制造中；随着流体机械的发展，其电机转速、功率也提出了更高、更大的要求；根据现有技术表明，通常电机转速设定在20000rad/m以上。
3.目前高转速的电机通常采用磁悬浮轴承和角接触轴承实现电机的承载工作；但是，磁悬浮轴承由于其承成本高，控制复杂、配套设备多并不适合所有工况；角接触轴承虽然相比较于磁悬浮轴承降低了成本，但由于角接触轴承在使用时必须通过弹簧变形量对其进行预紧，受电机不同转速、发热不同，定转子轴向膨胀尺寸不同等因素的影响，导致弹簧变形量及轴承预紧力也发生变化，容易发生轴承欠预紧或过预紧的情况，长期运行会加速轴承磨损，提升轴承零件间的振动，降低设备使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种用于电机轴承预紧力控制的方法，以缓解现有技术中存在的由于角接触轴承在使用时必须通过弹簧变形量对其进行预紧，受电机不同转速、发热不同，定转子轴向膨胀尺寸不同等因素的影响，导致弹簧变形量及轴承预紧力也发生变化，容易发生轴承欠预紧或过预紧的情况，长期运行会加速轴承磨损，提升轴承零件间的振动，降低设备使用寿命的技术问题。
5.第一方面，本发明提供的用于电机轴承预紧力控制的方法，包括控制机构、壳体、转子、轴承、基座、预紧机构和定子，所述转子、所述预紧机构和所述基座均安装于所述壳体内，且所述转子与所述壳体之间套设有所述轴承；所述基座连接于所述预紧机构，所述预紧机构包括有弹性件，所述控制机构用于调节所述基座带动所述弹性件向所述轴承施加的轴向的推力；所述控制机构包括控制器及传感器组件，所述传感器组件包括温度传感器，所述控制器连接于温度传感器；且所述温度传感器用于分别采集所述定子的温度数据，其步骤在于：s11:采集所述定子的温升数据及所述转子轴向位移数据，并根据采集数据，确定所述定子的温升变化与所述转子的轴向位移变化的比例关系，设定为第一比例系数；s12:采集所述基座的温升数据及所述基座的轴向膨胀数据，并根据采集数据，确定所述基座的温升变化及所述基座的轴向膨胀量变化的比例关系，设定为第二比例系数；s13:根据所述转子的轴向位移变化量和所述基座的轴向膨胀量变化量确定所述定子的温升和所述基座温升的比例关系，设定为第三比例系数；所述控制器根据第三比例系数分别设定基座基准温度变化值和定子基准温度变
化值；s14:启动所述电机，所述控制器接收所述电机的变频器的第一输出频率，并获得所述电机的温升，待所述温度传感器实时采集所述定子的温度后，所述控制器将所述电机的温升数据与所述电机所处环境温度相加之后的和与所述定子的温度对比；s15:当所述电机的温升数据与所述电机所处环境温度相加之后的和大于所述定子的温度时，所述控制器根据第三比例系数提升所述基座的温度；当所述电机的温升数据与所述电机所处环境温度相加之后的和小于所述定子的温度时，所述控制器根据第三比例系数降低所述基座的温度；直至述电机的温升数据与所述电机所处环境温度相加之后的和与所述定子的温度的差值小于基座基准温度变化值后，所述控制器停止对所述基座的温度的调节。
6.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述定子的温升每变化一单位的定子基准温度变化值，所述控制器根据所述第三比例系数对所述基座调节一单位的基座基准温度变化值。
7.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述定子的温升每变化一单位的定子基准温度变化值，所述控制器根据所述第三比例系数对所述基座调节一单位的基座基准温度变化值。
8.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中所述传感器组件还包括轴位移传感器，所述轴位移传感器用于监测所述转子的轴向膨胀量；所述基座包括温控单元，所述控制器连接于所述温控单元；其步骤在于：s21:启动所述电机，所述控制器接收到所述电机的输出功率后，采集所述温控单元的温度，并启动所述轴位移传感器；s22：所述控制器设定基准轴位移变化量，且所述基准轴位移变化量与所述基座基准温度变化值根据所述第二比例系数设定；s23:当所述轴位移传感器监测到所述转子的轴向变化量大于所述基座轴位移变化量时，所述控制器提升所述基座的温度；当所述轴位移传感器监测到所述转子的轴向变化量与前一次所述转子的轴向变化量小于所述基座轴位移变化量时，所述控制器降低所述基座的温度；直至所述转子的轴向膨胀量小于所述座轴位移变化量时，所述控制器停止对所述基座的温度的调节。
9.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当所述电机的更改为第二输出功率时，所述控制器重新根据所述轴位移传感器采集数据调节所述基座的温度。
10.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述基座内设有发热件，所述基座能够受热产生沿所述弹性件的弹力方向的膨胀，且所述基座能够受冷产生与膨胀方向相反的回缩。
11.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述预紧机构还包括推板，所述轴承与推板之间设有轴承座，所述推板连接于所述轴承座（410）和所述弹性件（610）之间。
12.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述轴承座设有与所述推板相适配的挡板。
13.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述控制器为plc，且所述plc分别与所述轴位移传感器和所述温度传感器连接。
14.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述轴位移传感器安装于所述弹性件的周侧。
15.本发明实施例带来了以下有益效果：采用将转子、预紧机构和基座均安装于壳体内，且转子与壳体之间套设有轴承的方式，基座连接于预紧机构，预紧机构包括有弹性件，在进行轴承预紧力调节时，由于定子的温升变化与转子的轴向位移变化是线性关系，基座的温升变化和基座的轴向膨胀量变化也是线性关系，因此，控制器通过第一比例系数和第二比例系数的结合，可确定定子的温升和基座温升的第三比例系数，由于控制器连接于温度传感器，控制器可根据温度传感器所采集的数据，根据第三比例系数对基座进行温度调节，与基座连接的弹性件在基座温度的变化下，可向轴承施加的轴向的推力；缓解现有技术中存在的由于角接触轴承在使用时必须通过弹簧变形量对其进行预紧，受电机不同转速、发热不同，定转子轴向膨胀尺寸不同等因素的影响，导致弹簧变形量及轴承预紧力也发生变化，容易发生轴承欠预紧或过预紧的情况，长期运行会加速轴承磨损的技术问题，提升了设备使用寿命。
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的用于电机轴承预紧力控制的方法的设备内部结构示意图；图2为本发明实施例提供的用于电机轴承预紧力控制的方法中控制机构的控制逻辑示意图。
19.图标：100-控制机构；110-控制器；120-传感器组件；121-轴位移传感器；122-温度传感器；200-壳体；300-转子；400-轴承；410-轴承座；500-基座；510-温控单元；600-预紧机构；610-弹性件；620-推板。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，控制机构可以是“手动”、“电动”、“气动”、“气液联动”、“电液联动”等方式。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述动作方式在本发明中的具体含义。
24.实施例一如图1和图2所示，本发明提供的用于电机轴承400预紧力控制的方法，包括控制机构100、壳体200、转子300、轴承400、基座500、预紧机构600和定子，转子300、预紧机构600和基座500均安装于壳体200内，且转子300与壳体200之间套设有轴承400；基座500连接于预紧机构600，预紧机构600包括有弹性件610，控制机构100用于调节基座500带动弹性件610向轴承400施加的轴向的推力；控制机构100包括控制器110及传感器组件120，传感器组件120包括温度传感器122，控制器110连接于温度传感器122；且温度传感器122用于分别采集定子的温度数据，其步骤在于：s11:采集定子的温升数据及转子300轴向位移数据，并根据采集数据，确定定子的温升变化与转子300的轴向位移变化的比例关系，设定为第一比例系数；s12:采集基座500的温升数据及基座的轴向膨胀数据，并根据采集数据，确定基座500的温升变化及基座500的轴向膨胀量变化的比例关系，设定为第二比例系数；s13:根据转子300的轴向位移变化量和基座500的轴向膨胀量变化量确定定子的温升和基座500的温升的比例关系，设定为第三比例系数；控制器110根据第三比例系数分别设定基座基准温度变化值和定子基准温度变化值；s14:启动电机，控制器110接收电机的变频器的第一输出频率，并获得电机的温升，待温度传感器122实时采集定子的温度后，控制器110将电机的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和与定子的温度对比；s15:当电机的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和大于定子的温度时，控制器110根据第三比例系数提升基座500的温度；当电机的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和小于定子的温度时，控制器110根据第三比例系数降低基座500的温度；直至电机的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和与定子的温度的差值小于基座基准温度变化值后，控制器110停止对基座500的温度的调节。
25.采用将转子300、预紧机构600和基座均安装于壳体200内，且转子300与壳体200之间套设有轴承400的方式，基座连接于预紧机构600，预紧机构600包括有弹性件610，在进行轴承400预紧力调节时，由于定子的温升变化与转子300的轴向位移变化是线性关系，基座500的温升变化和基座500的轴向膨胀量变化也是线性关系，因此，控制器110通过第一比例系数和第二比例系数的结合，可确定定子的温升和基座500的温升之间的第三比例系数，由于控制器110连接于温度传感器122，控制器110可根据温度传感器122所采集的数据，根据第三比例系数对基座500进行温度调节，与基座500连接的弹性件610在基座500温度的变化下，可向轴承400施加的轴向的推力；缓解现有技术中存在的由于角接触轴承400在使用时必须通过弹簧变形量对其进行预紧，受电机不同转速、发热不同，定转子300轴向膨胀尺寸不同等因素的影响，导致弹簧变形量及轴承400预紧力也发生变化，容易发生轴承400欠预紧或过预紧的情况，长期运行会加速轴承400磨损的技术问题，提升了设备使用寿命。
26.需要说明的是，上述技术方案适用于流体机械等电机转速与电机功率成比例关系的机械，由于流体机械转速取决于其变频器的输出频率，即变频器输出频率与电机温度成比例关系，使用者通过变频器输出频率即可推算出电机的温升数据。
27.进一步地，定子的温升每变化一单位的定子基准温度变化值，控制器110根据第三比例系数对基座500调节一单位的基座基准温度变化值。
28.当电机运行时，轴承400的预紧力随着转子300发热膨胀变化，转子300温度越高，预紧力逐渐减小，当轴承400的预紧力接近下限时，此时控制器110控制基座温度，使基座膨胀速度逐步提升至与转子300发热膨化的变化速率相同，使轴承400的预紧力停止下降的趋势，在此过程中，基座500膨胀速度与基座500的温度变化是线性的，定子温度的变化与轴向位移量变化速度也是线性的，可通过定子基准温度变化值来表示预紧力接近限值期间，定子所产生的温度变化，可通过基座的基准温度变化值表示预紧力接近限值期间，基座所产生的温度变化。
29.需要说明的是，基准温度变化值表示的是当预紧力接近限制时，基座热稳定使预紧力回归初始位置的温度变化，使用者可根据有限次的实验确定该基准温度变化值，保证轴承预紧力始终处于一个良好的范围。
30.进一步地，当电机的更改为第二输出功率时，控制器110重新将电机在第二输出功率的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和与定子的温度对比。
31.当电机中变频器输出功率改变时，由于输出功率与电机温升存在线性关系，控制器110需重新将电机在第二输出功率的温升数据与电机所处环境温度相加之后的和与定子的温度对比后，根据第三比例系数对基座500调节温度，实现位移补偿。
32.进一步地，基座500内设有发热件，基座500能够受热产生沿弹性件610的弹力方向的膨胀，且基座500能够受冷产生与膨胀方向相反的回缩。
33.进一步地，预紧机构600还包括推板620，轴承400与推板620之间设有轴承座410，推板620连接于轴承座410和弹性件610之间。
34.进一步地，轴承座410设有与推板620相适配的挡板。
35.当转子300转动时，转子300靠近轴承400的一端会带动轴承400移动，由于轴承400与推板620之间设有轴承座410，推板620连接于轴承座410和弹性件610之间，弹性件610在基座500膨胀的作用下，会带动推板620推动轴承座410的挡板，从而对轴承400施加预紧力。
36.实施例二本发明提供的用于电机轴承预紧力控制的方法，传感器组件120还包括轴位移传感器121，轴位移传感器121用于监测转子的轴向膨胀量；基座500包括温控单元510，控制器110连接于温控单元510；其步骤在于：s21:启动电机，控制器110接收到电机的变频器的输出功率后，采集温控单元510的温度，并启动轴位移传感器121；s22：控制器110设定基准轴位移变化量，且基准轴位移变化量与基座500基准温度变化值根据第二比例系数设定；s23:当轴位移传感器121监测到转子的轴向变化大于基座500轴位移变化量时，控制器110提升基座500的温度；当轴位移传感器121监测到转子的轴向变化量与前一次转子的轴向变化量的差值小于基座500轴位移变化量时，控制器110降低基座500的温度；直至转子的轴向膨胀量小于座轴位移变化量时，控制器110停止对基座500的温度的调节。
37.当电机的转速与电机功率不成比例关系时，通过轴位移传感器121和温控单元510的设置，可直接通过轴位移传感器121采集转子的轴向变化量，由于基座500温升和基座500的轴向膨胀量为线性关系，有上文可知，可通过设定基准轴位移变化量表示在预紧力接近限值期间，即在基座基准温度变化值期间内，基座500轴位移所产生的位移。
38.基座500内可设有电阻丝等能够进行温度调控的感温材料，可通过传感器组件120将转子300的轴向位移变化量传入控制器110中，控制器110向基座500发送信号，实现基座500温度的控制，具体为：当转子300的轴向位移变化量的数据大于基准轴位移变化量时，控制器110向基座500发送温度升高的信号，基座500在其内部设有的感温材料的作用下，温度升高，且基座500受热膨胀，从而推动弹性件610，并使弹性件610能够向轴承400施加轴向的推力，达到轴承400的预紧效果；当电机运行一段时间，电机从热态转化为冷态，与电机相连接的变频器的输出功率页有大变小，当控制器110监测到转子300的轴向位移变化量与前一次轴向位移变化量的差值的绝对值的数据小于基准轴位移变化量时，说明弹性件610为轴承400施加的预紧力接近需求值，控制器110根据基座500温升数据与基座500轴向膨胀量数据之间的第一比例系数稳步降低基座500的温度，使轴承400的预紧力调节更为柔和。
39.当转子300的轴向位移变化量的数据与基准轴位移变化量的差值为负数时，说明弹性件610为轴承400施加的预紧力超出公差范围，需通过控制器110降低基座500的温度，同时直至转子300的轴向位移变化量处于预设公差范围内时，控制器110不改变基座500的温度。
40.需要说明的是，基准轴位移变化量表示的是当预紧力接近限制时，基座热稳定使预紧力回归初始位置的最大距离，使用者可根据有限次的实验确定该基准温度变化值，保证轴承预紧力始终处于一个良好的范围。
41.进一步地，当电机的更改为第二输出功率时，控制器重新根据轴位移传感器121采集数据调节基座500的温度。
42.进一步地，传感器组件120包括轴位移传感器121和温度传感器122，控制器110为plc，plc分别与轴位移传感器121和温度传感器122连接。
43.轴位移传感器121用于监测转子300的轴向位移变化量、基座500轴向膨胀量等数据，温度传感器122用于监测基座500温升、定子温升等数据，在本实施例中，控制器110采用plc，且plc采用pid控制策略。
44.进一步地，轴位移传感器121安装于弹性件610的周侧。
45.轴位移传感器121安装于弹性件610的周侧，保障轴位移传感器121数据的采集，提高采集精度。
46.需要说明的是，在进行定子的温升数据、转子300的轴向位移变化量、基座500温升和基座500的轴向膨胀量数据采集时，初始点可以设置为o度，也可以根据需求设定其他温度。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。