降低電機振動和噪聲工藝措施的探討

李峰 張冬妮

電機振動和噪聲是衡量電機質(zhì)量一項非常重要的技術(shù)指標。如何降低電機振動和噪聲也是電機行業(yè)普遍存在的問題。本文從工藝方面入手，探討如何降低電機振動和噪音。

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對環(huán)境舒適度要求的不斷提高，噪聲問題越來越受到人們的重視，同樣，電機振動和噪聲已成為考核電機質(zhì)量的一項重要的技術(shù)指標，它反映了電機設(shè)計質(zhì)量，工藝技術(shù)以及安裝水平，如何降低電機振動和噪聲是電機行業(yè)存在的一個普遍問題。

噪聲主要來源于振動，要降低電機的噪聲，就必須減小其振動，電機振動主要有電磁振動和機械振動兩種，除設(shè)計因素外，工藝水平的高低對電機振動和噪聲的控制也有著至關(guān)重要的作用。本文主要從工藝方面著手，探討如何降低電機振動和噪聲。

二、電機振動的形式

電機振動的形式主要有以下幾種：

其中，定子鐵心的振動主要是由于電磁力引起的，產(chǎn)生三角形、四邊形、圓形等振型。定子繞組的振動主要是受到電流與漏磁通的作用力、轉(zhuǎn)子磁拉力以及轉(zhuǎn)子熱脹冷縮力共同作用引起的。引起機座振動的振動源主要有兩方面：一方面是由于定子鐵心的電磁振動通過鐵心和機座的連接傳來，引起機座的倍頻振動，另一方面是由于轉(zhuǎn)子振動的激振力。引起轉(zhuǎn)子彎曲振動主要有以下三個方面的原因：（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動；（2）轉(zhuǎn)子運行過程中的轉(zhuǎn)子冷熱不均勻及電磁不平衡引起的振動；（3）轉(zhuǎn)子的固有振動特性；轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動主要是由于外界扭矩的瞬間變化引起的，可以產(chǎn)生累積疲勞破壞。軸承的振動主要是由于制造本身存在的缺陷以及安裝工藝和配合不合理引起的。

從以上的分析可以看出，要從工藝方面解決電機的振動和噪音問題，主要是從電機轉(zhuǎn)子的動平衡、軸承裝配以及零部件的加工和安裝等方面入手。

三、轉(zhuǎn)子動平衡

（一）轉(zhuǎn)子中不平衡量的來源

轉(zhuǎn)子在設(shè)計上一般都使它相對于旋轉(zhuǎn)軸線是軸對稱的。但是由于在制造過程中工藝和材料本身存在的缺陷以及轉(zhuǎn)子運行過程中等一系列因素，最后裝配的轉(zhuǎn)子基本上不能達到設(shè)計的要求，也就是存在一定的不平衡量，造成這種不平衡的主要因素有：

（1）轉(zhuǎn)子材質(zhì)的不均勻性。例如鑄造件在鑄造時存在氣孔、砂眼。

（2）轉(zhuǎn)子加工中總是存在一些圓度偏差和偏心，電機裝配后，定轉(zhuǎn)子之間氣隙不均勻，產(chǎn)生的單邊磁拉力引起的不平衡。

（3）回轉(zhuǎn)部件上的非加工件，比如電樞繞組每個線圈的質(zhì)量有差異，在轉(zhuǎn)軸上引起不平衡的徑向力。

（4）由于設(shè)計和加工的原因，轉(zhuǎn)軸，風(fēng)扇、繞組支撐和轉(zhuǎn)子鐵心存在一定的質(zhì)量偏心。

（5）轉(zhuǎn)子在運行過程中，由于溫度升高、受力不均勻等引起的不平衡。

（二）不平衡量引起的轉(zhuǎn)子振動

轉(zhuǎn)子的不平衡將產(chǎn)生離心慣性力，這種慣性力將對支撐處的軸承產(chǎn)生動壓力，降低軸承的使用壽命，產(chǎn)生有害的振動。

假如轉(zhuǎn)子的形狀及受力方式如圖1所示：

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為M，不平衡量偏心距為e，當轉(zhuǎn)子以等角速度 繞定軸旋轉(zhuǎn)時，將產(chǎn)生的離心慣性力F。

1）轉(zhuǎn)子為剛性時，旋轉(zhuǎn)中沒有彎曲變形，慣性力為 。

2）轉(zhuǎn)子為彈性時，平衡離心力必然引起轉(zhuǎn)子的彎曲慣性力為：

由（1-2）可見， 時，軸的彎曲撓度可看作正比于轉(zhuǎn)速的平方，軸承力可近似看作角速度 的二次函數(shù)。

當 時，軸的彎曲和軸承力趨近于無窮大 ，此時稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

當 時，動撓度等于不平衡偏心距 ，此時兩個軸承力的和為 。

從上面的分析可以得出：無論是剛性轉(zhuǎn)子還是撓性轉(zhuǎn)子，如果轉(zhuǎn)子上不存在不平衡偏心距 ，則轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中不產(chǎn)生軸承力和軸的彎曲撓度，即彎曲振動。但是，這只是一種理想的情況，如果有零部件作旋轉(zhuǎn)運動，就必然會產(chǎn)生離心慣性力，從而引起振動，產(chǎn)生噪音。

（三）改善措施

要降低轉(zhuǎn)子的振動和噪音，必須提高轉(zhuǎn)子的動平衡精度，在工藝方面主要從以下幾點提高轉(zhuǎn)子的動平衡精度。

（1）由于轉(zhuǎn)子各部位的不平衡量的分配是不均勻的，為了減少旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心慣性力，必須選擇兩個面進行校正，動平衡試驗時支撐支點盡量靠近軸承檔。

（2）由于風(fēng)扇在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡的徑向力，并隨直徑和轉(zhuǎn)速的不同而不同，所以在做動平衡實驗時轉(zhuǎn)速盡可能高。

（3）轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝要保證合理的同軸度和對稱性。

（4）做動平衡試驗時，工藝裝備要保證和轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等的同軸度。

（5）硅鋼片薄厚不均勻和毛刺較大或者毛刺不均勻引起的不平衡可在沖片沖制和鐵心疊壓時嚴格遵守工藝流程減小其不平衡量。

（6）鑄鋁轉(zhuǎn)子采用2次動平衡工藝。鑄鋁轉(zhuǎn)子采用加墊圈校正不平衡量時，由于墊圈緊固使受力變形，從而使獲得的精度受到不同程度的破壞。

（7）采用加重法校正轉(zhuǎn)子動平衡時，最好采用焊接而不采用鉚接。

四、軸承及裝配

（一）軸承對振動的影響

對電機轉(zhuǎn)子校動平衡后，能有效抑制電機的徑向振動，但不能降低電機的軸向振動，所以，對于軸承引起的振動，主要考慮其軸向振動。

滾動軸承在工作時，既有滾動摩擦，又有滑動摩擦，滾動體在滾道上滾動時，滾動體及內(nèi)外圈滾道的波紋度和不圓度等將引起軸承游隙的脈動，從而產(chǎn)生振動和噪音。

軸承和電機裝配后，由于轉(zhuǎn)軸軸承檔和軸承內(nèi)圈、軸承室和軸承外圈有一定的配合關(guān)系，會引起軸承游隙的變化。所以說工作狀態(tài)的軸承游隙和軸承初始游隙是不一樣的，游隙的大小直接影響到電機的振動大小。所以，控制軸承檔和軸承室的公差，保證獲得最佳的工作游隙是消除振動的一項重要的工藝措施。

（二）軸承內(nèi)徑和軸承檔外徑配合選擇

由于軸承檔對粗糙度和形位偏差的要求都比較高，一般采用磨削加工，它與軸承內(nèi)徑的配合是過盈配合，對軸承滾道的變形影響較小，可以通過改變軸承檔的配合，調(diào)整軸承工作游隙。

將軸承內(nèi)圈視為厚壁圓筒，采用熱套法裝配時，由于配合過盈量的存在，致使包容件外徑增大，增大量按下式計算：

按照上次計算，當軸承內(nèi)圈和軸承檔的配合過盈量為10 時，軸承內(nèi)圈外徑的增大量為6.9～7.8 .

所以，在加工軸承檔時，要將軸承檔的上偏差縮小，縮小值為公差帶值的40%。

（三）軸承室和軸承外徑配合選擇

一般而言，對于沒有特殊要求的軸承室來說。軸承室的加工為車削加工，其精度和粗糙度都沒有軸承檔高。軸承室和軸承外徑的配合不宜采用過盈配合，否則軸承室的幾何尺寸都影響軸承外徑外圈，進而影響軸承外圈的滾道，使?jié)L道變形，從而影響軸承的壽命。

為了分析裝配間隙狀態(tài)，其間隙系數(shù)

式中

根據(jù)間隙系數(shù)的計算公式，H132以下電機軸承和軸承室的配合系數(shù) ，配合面的壓強近似等于零，對軸承外圈沒有擠壓。裝配時可將軸承用力推入，個別較緊的可用木錘或者塑料錘輕輕敲入。

H160以上的電機，軸承裝配難度較大，在相同的間隙系數(shù)下，應(yīng)裝配壓力也較大。因此應(yīng)具有較大的間隙系數(shù)。對此相應(yīng)的工藝措施就是將軸承室的下偏差向上壓縮，壓縮量值為公差帶的40%。

綜上所述，除合理的電磁設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計外，采用合理的工藝措施對于降低電機的振動和噪聲也是非常有效的。

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