除了負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、速度和負(fù)載慣性之外，在電機(jī)選型過(guò)程中忽略某些選型參數(shù)實(shí)際上可能會(huì)造就或毀掉您的機(jī)器。

電機(jī)的性能特征由其扭矩和速度規(guī)格描述。電機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由其徑向載荷和軸向載荷規(guī)格描述。電機(jī)的扭矩和速度規(guī)格表明電機(jī)是否可以執(zhí)行任務(wù)。電機(jī)的徑向負(fù)載和軸向負(fù)載規(guī)格表示電機(jī)可以執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。

電機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)自其外殼、法蘭支架和輸出軸組件的綜合機(jī)械剛度。對(duì)于齒輪電機(jī)，它還包括齒輪和附加軸承。然而，最靠近負(fù)載的軸承“承受”了大部分這種負(fù)擔(dān)。不用說(shuō)，電機(jī)或減速機(jī)的徑向和軸向載荷規(guī)格與其軸承有很大關(guān)系。

我們?cè)谙旅嬲故玖私涣麟姍C(jī)及其減速機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。相同的軸向載荷和徑向載荷概念適用于所有類(lèi)型的電機(jī)。

讓我們從里到外開(kāi)始。電機(jī)唯一的旋轉(zhuǎn)元件是轉(zhuǎn)子 (4) 和軸 (5) 組件，它們由兩端的兩個(gè)滾珠軸承 (6) 支撐。定子 (2) 在轉(zhuǎn)子外部并由非常薄的氣隙隔開(kāi)。法蘭支架 (1) 和電機(jī)外殼 (3) 構(gòu)成了外部結(jié)構(gòu)。整個(gè)組件在額定負(fù)載下支持電機(jī)內(nèi)的所有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力。

在安裝在電機(jī)小齒輪軸上的齒輪箱(或齒輪箱)中，每個(gè)齒輪和輸出軸均由其自身的軸承支撐，而輸入軸(電機(jī)小齒輪)仍由電機(jī)軸承支撐。請(qǐng)注意，支撐齒輪軸(和負(fù)載)的軸承是最大的。齒輪法蘭和齒輪箱完善了外部結(jié)構(gòu)。整個(gè)組件在額定負(fù)載下支持齒輪箱內(nèi)的所有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力。

齒輪箱中的輸出軸軸承通常比電機(jī)中的輸出軸軸承大，因?yàn)辇X輪箱軸上的負(fù)載會(huì)比電機(jī)軸上的負(fù)載大得多。

下圖顯示了作用在電機(jī)軸和減速機(jī)上的徑向載荷(懸臂載荷)和軸向載荷(推力載荷)力。

徑向載荷(也稱(chēng)為懸臂載荷)

徑向載荷定義為可以在徑向方向(垂直于電機(jī)軸軸線的任何方向)施加到軸上的最大力。徑向負(fù)載也稱(chēng)為“懸臂負(fù)載”，因?yàn)樨?fù)載可能“懸掛”在軸上。徑向載荷隨懸臂載荷安裝點(diǎn)與其支撐軸承之間的距離而變化。

軸向載荷(也稱(chēng)為推力載荷)

軸向載荷定義為可以在軸向方向(與電機(jī)軸同軸或平行)施加到軸上的最大力。軸向載荷也稱(chēng)為“推力載荷”，因?yàn)橥屏屯屏d荷是作用在完全相同的軸上的力。典型的軸向負(fù)載大約是電機(jī)重量的一半，盡管多年來(lái)這一比例有所增加。

這些力可以作用于任何方向。

例如，如果電機(jī)具有 100 N 軸向載荷規(guī)格，則表示電機(jī)可以在其軸上懸掛 100 N 載荷(如果軸朝下)，或者在其軸上支撐載荷(如果軸朝下)向上)。100 N(牛頓)約等于 10 kg。

為什么這些規(guī)格很重要?

徑向和軸向載荷規(guī)格都與軸承、軸和外殼組件的強(qiáng)度或機(jī)械剛度有關(guān)。 超過(guò)這些規(guī)格可能會(huì)導(dǎo)致滾珠軸承損壞，例如滾道和滾動(dòng)元件剝落，或損壞輸出軸。

例如，如果超過(guò)允許的徑向載荷，則軸可能開(kāi)始彎曲并最終斷裂。如果超過(guò)允許的軸向載荷，則電機(jī)或齒輪箱軸承可能會(huì)老化并最終失效。無(wú)論哪種方式，電機(jī)都會(huì)停止運(yùn)行或壽命縮短。最靠近負(fù)載的支撐元件通常是第一個(gè)損壞的部件。

提示：簡(jiǎn)單的滾珠軸承測(cè)試

要檢查電機(jī)或齒輪箱是否有內(nèi)部損壞，可以斷開(kāi)電源并將電機(jī)從齒輪箱上拆下，然后手動(dòng)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)軸。如果電機(jī)或減速機(jī)損壞，您會(huì)感覺(jué)到從一個(gè)方向到另一個(gè)方向的阻力不同，聽(tīng)到異常噪音，或者根本無(wú)法旋轉(zhuǎn)軸。

壽命結(jié)束的時(shí)間與超出這些規(guī)格的程度和時(shí)間長(zhǎng)短成正比。例如，由于我們的滾珠軸承的額定壽命為 10,000 小時(shí)，因此超出徑向或軸向載荷規(guī)格 10% 可能會(huì)使其壽命縮短約 1,000 小時(shí)。

如果您對(duì)基于軸承壽命的使用壽命估算感興趣，請(qǐng)知識(shí)淵博的技術(shù)支持工程師。

這些規(guī)格是如何顯示的?

制造商可能會(huì)以不同方式顯示這些規(guī)格。通常，表格(見(jiàn)下例)根據(jù)齒輪箱尺寸和齒輪比列出了允許的徑向載荷和軸向載荷。雖然允許的軸向載荷保持不變，但允許的徑向載荷會(huì)根據(jù)“距減速機(jī)輸出軸端部的距離”而變化。

PS：該表僅列出了普通齒輪交流電機(jī)的允許徑向和軸向載荷。當(dāng)使用鏈條、齒輪、皮帶等作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，徑向載荷始終作用在減速機(jī)軸上。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，顯示了電機(jī)允許的徑向和軸向載荷。

“蹺蹺板/支點(diǎn)”效應(yīng)(用于徑向載荷)

在上表中，您可以看到徑向載荷根據(jù)“距減速機(jī)輸出軸端部的距離”而變化。這是從負(fù)載軸末端到軸上受力點(diǎn)(也是安裝負(fù)載的位置)的距離。允許的徑向載荷隨著距軸端部距離的增加而增加，因?yàn)檫@也意味著載荷更靠近位于齒輪箱法蘭內(nèi)的支撐軸承。如果負(fù)載“掛”得更靠近支撐軸承，則可以支撐更多的負(fù)載，在這種情況下，支撐軸承是支點(diǎn)。

通常使用“蹺蹺板/支點(diǎn)”來(lái)解釋這個(gè)概念。

靜態(tài)和動(dòng)態(tài)徑向和軸向載荷

與動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力矩載荷類(lèi)似，徑向載荷或軸向載荷也具有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)分量。上表用于確定兩者。

例如，靜態(tài)徑向載荷包括皮帶輪的重量和靜止時(shí)的皮帶張力。需要計(jì)算的動(dòng)態(tài)徑向載荷包括來(lái)自相同皮帶輪重量和運(yùn)動(dòng)中皮帶張力的力。如果電機(jī)軸處于垂直方向，則靜態(tài)軸向載荷將是皮帶輪的重量。動(dòng)態(tài)軸向載荷將低于靜態(tài)軸向載荷，因此通常只考慮靜態(tài)軸向載荷。確保這些值低于圖表中發(fā)布的值。

提示：請(qǐng)記住將皮帶張力作為徑向力包括在內(nèi)

請(qǐng)記住選擇適合皮帶張力的尺寸!在我作為技術(shù)支持工程師的美好時(shí)光中，皮帶張力過(guò)大是許多情況下電機(jī)問(wèn)題的原因。

為確保正確處理所有徑向和軸向載荷，請(qǐng)確保滿足以下條件：

徑向靜載荷低于圖表中的值。

動(dòng)態(tài)徑向載荷低于圖表中的值。

軸向靜載荷低于圖表中的值。

動(dòng)態(tài) 徑向載荷的方程式

對(duì)于徑向載荷，還有一個(gè)“動(dòng)態(tài)”徑向載荷的附加分量，即運(yùn)動(dòng)時(shí)的徑向載荷。還要確保計(jì)算值低于圖表中的值(見(jiàn)上文)。

當(dāng)采用皮帶輪、皮帶、齒輪、鏈輪、鏈條等作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，徑向動(dòng)載荷按下式計(jì)算。

W = T / y

對(duì)于帶式輸送機(jī)，電機(jī)扭矩提供產(chǎn)生工作的驅(qū)動(dòng)力。這顯示為 T，它是以 N·m 為單位的扭矩量。如果我們將 y(以米為單位的有效半徑)視為滑輪的半徑，那么我們可以計(jì)算徑向載荷或 W(工作量)。

由于考慮了負(fù)載系數(shù)和服務(wù)系數(shù)，實(shí)際方程稍微復(fù)雜一些。

其他因素，如驅(qū)動(dòng)方式和負(fù)載類(lèi)型，需要考慮徑向負(fù)載。例如，當(dāng)使用平皮帶驅(qū)動(dòng)方法時(shí)，徑向載荷值會(huì)增加。

至于與使用條件有關(guān)的使用系數(shù)，負(fù)載的頻繁啟動(dòng)和停止以及旋轉(zhuǎn)方向的改變等因素都會(huì)影響徑向負(fù)載。

好的練習(xí)時(shí)間。

示例：計(jì)算輸送機(jī)的徑向載荷

請(qǐng)看下面的帶式輸送機(jī)應(yīng)用示例。您將如何計(jì)算電機(jī)所需的所需徑向載荷值?

我正在研究鏈條和齒形(鏈輪)輸送機(jī)，并使用帶 360:1 齒輪箱的 2IK6 電機(jī)。我需要 0.1 米(有效)直徑鏈輪上的 10 N·m 扭矩。我估計(jì)鏈條張力大約是 10 N。我只打算朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。我的鏈輪安裝在距軸端 10 毫米處。

我的齒輪電機(jī)能否處理應(yīng)用中的徑向和軸向負(fù)載?

我問(wèn)自己的第一個(gè)問(wèn)題是：我使用什么方程式(我們知道這一點(diǎn))，我是否擁有所有變量?

由于我們生活在一個(gè)完美的世界中，因此計(jì)算所需的所有變量都以首選單位進(jìn)行布局和提供。實(shí)際上，這通常需要更多的工作。例如，注意沒(méi)有給出負(fù)載系數(shù)和服務(wù)系數(shù)，但給出了驅(qū)動(dòng)方法和負(fù)載類(lèi)型。此外，提供的值可能采用不同的單位，因此可能需要額外的單位轉(zhuǎn)換步驟。

再一次，我們需要：

確保這些條件為真：

徑向靜載荷低于圖表中的值。

動(dòng)態(tài)徑向載荷低于圖表中的值。

軸向靜載荷低于圖表中的值。

靜態(tài)徑向載荷 = OK

靜態(tài)徑向載荷將是皮帶張力。10 N 是一個(gè)估計(jì)值，但這是我們目前掌握的最好信息，因此我們將使用它。在距軸端 10 毫米處，我們 2IK6 電機(jī)的最大徑向載荷為 200 N，所以我們?cè)谶@里很好。

動(dòng)態(tài)徑向載荷 = OK

在動(dòng)態(tài)徑向載荷方程中插入每個(gè)變量的值。

W = 我們要解決的以牛頓為單位的徑向載荷。

K = 1; 鏈條和齒帶輸送機(jī)

T = 10 牛·米

f = 1; 均勻負(fù)載/單向連續(xù)運(yùn)行

y = 皮帶輪的有效半徑 = 0.1 米(有效半徑是皮帶接觸皮帶輪表面的位置)

W = K x T xf / y

W = 1 x 10 x 1 / 0.1

W = 100 N

100 N 低于 200 N 的允許徑向載荷值，所以我們?cè)谶@里很好。

靜態(tài)軸向載荷 = OK

靜態(tài)軸向載荷此時(shí)實(shí)際上是未知的，但是從應(yīng)用圖像來(lái)看，我們應(yīng)該不會(huì)有很多靜態(tài)軸向載荷，它肯定應(yīng)該低于圖表中的 40 N 值，所以我們?cè)谶@里也很好.

結(jié)論

具有 360:1 傳動(dòng)比減速機(jī)的 2IK6 電機(jī)將能夠處理徑向和軸向負(fù)載。

大多數(shù)電機(jī)選型軟件不考慮軸向或徑向載荷，因此在選型電機(jī)后不要忘記確認(rèn)徑向載荷和軸向載荷。

審核編輯：湯梓紅