碟形弹簧对电机止推轴承的影响

徐念伟，侯佳智

（胜利油田胜利泵业，山东 东营 257000）

碟形弹簧对电机止推轴承的影响

徐念伟，侯佳智

（胜利油田胜利泵业，山东 东营 257000）

潜油电机是一个立式悬挂电机，为承受转子的重量，使电机转子在固定的位置工作，电机上部有一个止推轴承。其工作原理是：止推轴承动静块组成一对摩擦副，在运转过程中，润滑油能在摩擦表面形成一层连续稳定的压力油膜，有效地隔离金属之间的相互接触及干摩擦，以承受转子的轴向力。止推轴承下部有一个碟形弹簧，它支撑着止推轴承，可以卸载转子的轴向载荷，起到减震、缓冲的作用，使止推轴承在高速运转中可以保持平衡和稳定。止推轴承对电机的工作性能（动力性、经济性以及稳定性等）和使用寿命有着举足轻重的影响。

潜油电机；止推轴承；碟形弹簧；支撑位置

近年来随着胜利油田的中后期发展，油井的含水量高达80%以上，138及143系列大功率电机的使用越来越广泛。但是由于大功率电机工作转速高，自身承载压力较大，对电机止推轴承的耐磨性要求较高，本公司于 2006年研制了八瓣止推轴承，这种止推轴承设计更加合理，轴承表面的润滑效果较好，并且下电设计中加入了碟形弹簧，使止推轴承的负载能力得到了加强，但碟形弹簧的支撑效果一直是人们争论的焦点。为了解决好碟形弹簧对止推轴承的影响，我们重点对潜油电机止推轴承的运动摩擦理论及材料、设计进行分析和研究。

1 电机止推轴承的磨损理论

电机止推轴承由动块和静块两部分组成，动块为钢件经表面淬火精磨，静块为锡磷青铜件。止推轴承结构比较简单，但其形位公差尺寸要求严格。由于承力的位置、角度以及进油孔的大小是油膜形成的关键要素，因此必须确保两个止推面的平行度和平面度，止推轴承下部加入碟形弹簧，能够有效调节轴承在运转过程中的平衡和稳定，可以从根本上提高止推轴承基体强度及运行稳定性。止推轴承的磨损是非常复杂的，它受许多因素的影响。例如电机油的润滑、表面粗糙度、材料、装配的好坏、电机磁拉力的影响等，同时其磨损又包含黏着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损等多种磨损形式。在潜油电机的设计中，有意识地引入流体动压润滑理论到零部件设计中去，由于高速运动而产生流体动压效应，使摩擦副表面间油膜压力升高，从而达到使两摩擦面分开，降低摩擦和减少磨损的目的。

2 碟形弹簧的结构组成及作用

碟形弹簧又名贝勒维尔弹簧垫圈，圆盘状弹簧适用于高度抗疲劳的应用场合。弹簧是用高碳钢片制成的，所有的圆盘弹簧都经过奥氏体处理，从而得到优化的机械性能（硬度/延展性）。贝勒维尔弹簧特别适用于空间狭小、负载很大的场合。图1为在所列出的垫圈的三种特性参数下，负载－挠度的典型曲线，当高度为中间数值时，其负载可以估算。根据图1中的曲线“h＝t”，可以得出，挠度为75%时的负载是压平时的负载的87%。从表格中可以得出，压平时的计算负载为330 lb.；0.87×330＝287 lb.。图1中虚线表明了挠度超过75%时的负载情况，这个区域的负载特性不是很可靠的，因为部分垫圈被压至最低点。

图1 特性参数下负载－挠度的典型曲线

规格：

3 碟形弹簧的支撑作用

138及143电机下电由于其特殊结构，大件对止推轴承的支撑作用较弱，止推轴承的平行度和平面度较难保证，由于电机转子的自身重量较大，对轴承的要求较高，因此在轴承下部加一个凸形碟形弹簧，可以卸载转子的轴向载荷，起到减震、缓冲的作用。

我们对碟形弹簧支撑效果进行了调查：

表1 碟形弹簧支撑尺寸

138、143电机止推轴承静块凹槽深2.4 mm，叠型弹簧高度3.6 mm，叠型弹簧加入凹槽内露出3.6－2.4＝1.2（mm），下沉高度为0.24 mm左右，有效支撑高度为1.2－0.24＝0.96 mm，支撑作用比较明显。

4 碟形弹簧支撑位置的影响

弹簧支撑位置的合理性是比较重要的，要使轴承在理想状态下运转，必须保证碟形弹簧支撑位置的合理。当止推轴承受到较大正压力作用时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区，其顶峰接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升后使金屑的顶峰塑性面牢固地黏着并熔焊在一起，形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进一步磨损。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金属脱落，造成止推轴承失效。

止推轴承自润滑性能力较差，在电机起动和停转的短时间内，由于润滑油供油滞后，造成高速运转工况下金属与金属之间产生干摩擦，容易出现止推轴承烧结现象。从收集到的失效轴承分析，有一部分是由于形位公差尺寸偏差，造成止推面间隙不均匀，使油膜形成不稳定引起的，这种情况大多数能在出厂试验时发现。

我们对以前装配的138及143电机止推轴承的磨损情况进行了调查，发现所有带碟形弹簧的止推轴承，全部是内缘磨损，出现了偏磨现象，并且在试验过程中，有两节下电止推轴承在带泵试验时磨损严重烧毁。

我们对烧毁的两节138电机的下电止推轴承进行了尺寸测量，见表2。

表2 烧毁的下电八瓣止推轴承动、静块尺寸测量表

根据测量的数值，我们发现止推轴承动块尺寸没有变化，静块外缘厚度和内缘厚度相差0.12～0.13 mm，内部明显磨损严重。下电止推轴承下部有一个碟形弹簧，是它支撑着止推轴承，可以卸载转子的轴向载荷，起到减震、缓冲的作用，使止推轴承在高速运转中可以保持平衡和稳定。但其支撑位置明显靠里，并且止推轴承的下部基体较薄，很容易造成中部承受的支撑力过大，致使轴承中部翘起、磨损，而外缘部位却没有磨损。由于止推轴承静块中部支撑较高，造成摩擦面偏斜，因负载较大，油膜挤压效应，中部油膜遭到破坏，失去作用。造成轴承从中部先磨损，进而随着磨损的加大油膜破坏严重，磨损从中间向四周扩散，造成整个轴承磨损。

为了证明这一点，我们将碟形弹簧反装，使其支撑位置靠外，结果发现磨损位置也相应的发生了变化，外缘磨损明显。

如何改变弹簧的支撑位置，使其在理想的状态下运转。我们对较成熟的116系列止推轴承碟形弹簧支撑位置进行了尺寸测量，并对138系列的止推轴承碟形弹簧位置尺寸进行了对比并进行了更改，见表3、表4。

表3 碟形弹簧支撑部位尺寸

对上述对策我们进行了实际使用，改进后彻底解决了止推轴承偏磨问题，轴承表面内、外圆磨损均匀，效果很好。

5 结束语

碟形弹簧对止推轴承的影响是比较显著的，其支撑位置决定了止推轴承磨损的好坏。通过改进可以有效的提高止推轴承的可靠性，同时也可延长潜油电泵机组使用寿命。

Small Dish Shape Spring to Electrical Machinery Thrust Bearing’s Influence

Xu Nianwei，Hou Jiazhi

Dives the oil electrical machinery is vertical is hanging the electrical machinery, to withstand rotor’s weight, enables the electrical machinery rotor in the fixed position work, on electricity machine to have a thrust bearing.Its principle of work is: The thrust bearing sound of something astir block composes one pair to rub, in the generating process, lubricates the oil to be able to form a continual stable pressure lubricant film in the friction surface, isolates between the metal effectively the mutual contact and the dry friction, relies on rotor’s axial force.Lower part the thrust bearing has a small dish shape spring, it is supporting the thrust bearing, may unload rotor’s axial loading, plays the absorption of shock, the cushion role, enables the thrust bearing to be possible to maintain in the high－speed operation is balanced and is stable.The thrust bearing makes the performance to electrical machinery’s labor（power, efficiency as well as stable and so on）and the service life has the pivotal influence.

dives the oil electrical machinery; thrust bearing; small dish shape spring; supports the position

TM359.9

A

1000－8136（2011）06－0017－02