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電機(jī)噪聲的產(chǎn)生與控制方法
電機(jī)噪聲的產(chǎn)生與控制方法【1】
[摘 要]噪聲是現(xiàn)代社會(huì)污染環(huán)境的主要公害之一,它直接影響人們的身心健康。
在工作場(chǎng)所,家庭、辦公室,商場(chǎng)等行業(yè)都離不開電機(jī)，而電動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生噪聲的聲源之一。
從保護(hù)環(huán)境,維護(hù)人類健康的角度出發(fā),盡可能抑制噪聲,是電機(jī)行業(yè)一直亟待解決的問題。
近年來,隨著國(guó)外對(duì)電機(jī)要求的不斷提高,出口電機(jī)退運(yùn)情況也有增多的跡象,噪聲是退運(yùn)的主要原因之一,如何通過降低電機(jī)噪聲提升出口電機(jī)質(zhì)量水平已成為檢驗(yàn)檢疫部門與企業(yè)共同關(guān)注的問題,本文從分析電機(jī)噪聲產(chǎn)生原因入手,對(duì)抑制噪聲的方法進(jìn)行了深入的研究,以求對(duì)生產(chǎn)企業(yè)在降噪方法上能有借鑒性作用。
[關(guān)鍵詞]電動(dòng)機(jī);噪聲;控制
1 電動(dòng)機(jī)噪聲的產(chǎn)生
電動(dòng)機(jī)的噪聲可分為三類：通風(fēng)噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲及電磁噪聲。
1.1 通風(fēng)噪聲
在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中,通風(fēng)噪聲是主要噪聲源,通風(fēng)噪聲可分為渦流噪聲與笛聲,渦流噪聲主要由轉(zhuǎn)子和風(fēng)扇引起冷卻空氣渦流在旋轉(zhuǎn)表面交替出現(xiàn)渦流引起的。
當(dāng)電機(jī)溫升有較大裕量時(shí),設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)途徑,減小風(fēng)扇外徑是抑制通風(fēng)噪聲最有效的措施。
笛聲是通過壓縮空氣,或空氣在固定障礙物上周期性地撞擊,產(chǎn)升交替的疏密波引起的(如：徑向通風(fēng)槽板,鼠籠條)。
通過調(diào)整風(fēng)葉葉片數(shù),增加風(fēng)扇外徑與風(fēng)罩或端蓋內(nèi)腔的間隙(轉(zhuǎn)子部件和固定部件之間的間隙增大而減少電機(jī)的笛聲),以避開“共鳴”點(diǎn)是降低笛鳴噪聲的有效方法。
同時(shí)還應(yīng)考慮風(fēng)路平滑以減少突變帶來的噪聲。
1.2 機(jī)械振動(dòng)噪聲
(1)結(jié)構(gòu)件共振噪聲
轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡沒校好使電機(jī)端蓋、機(jī)殼、擋風(fēng)板、外風(fēng)罩等部件容易產(chǎn)生共振,引起噪聲。
當(dāng)電機(jī)裝配質(zhì)量不良時(shí),零部件配合松動(dòng)也會(huì)使機(jī)械振動(dòng)噪聲增大。
解決機(jī)械振動(dòng)噪聲端蓋的剛度,改進(jìn)零部件的結(jié)構(gòu),以改變其固有頻率,就可消除共振噪聲。
(2)軸承噪聲
電動(dòng)機(jī)采用的軸承有兩種形式：滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。
滑動(dòng)軸承噪聲較低,滾動(dòng)軸承噪聲較大,高速比低速要大。
滾動(dòng)軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滾動(dòng)體相對(duì)于內(nèi)外圈和保持架相對(duì)運(yùn)動(dòng),工作表面的摩擦和撞擊就產(chǎn)生了軸承噪聲,軸承噪聲分為軸承自身噪聲和軸承裝配后構(gòu)成的結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲。
裝配條件下軸承噪聲為嗡嗡聲,軸承噪聲產(chǎn)生的原因是制造公差、精度、裝配間隙及運(yùn)輸安裝和運(yùn)行過程中,造成工作表面損傷和電腐蝕產(chǎn)生損傷,使軸承運(yùn)行發(fā)生不規(guī)則的撞擊而產(chǎn)生的噪聲。
減少軸承噪聲首先就要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾蛣偠?加大機(jī)座的阻尼。
生產(chǎn)方面則應(yīng)控制好電機(jī)裝配質(zhì)量。
裝配時(shí)采用軸承加熱的辦法(軸承溫度控制在90℃以下)。
決不允許大力撞擊,以避免撞壞軸承。
做好軸承的進(jìn)貨檢驗(yàn),合格的軸承才允許裝配,目前國(guó)產(chǎn)的電機(jī)用軸承,對(duì)于普通工業(yè)用電動(dòng)機(jī)已能滿足要求。
制造低噪聲、低振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)就有必要選擇更高精度的軸承,或用滑動(dòng)軸承代替。
轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡同樣也是降低機(jī)械噪聲的必要途徑。
電機(jī)裝配后,如果軸向有串動(dòng),可在前軸承蓋加裝一個(gè)具有一定厚度及彈力的波形彈簧墊圈。
1.3 電磁噪聲
電磁噪聲中除雙倍電源頻率噪聲由主磁通引起外,主要是氣隙諧波磁通產(chǎn)生的頻率較高的噪聲。
異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),定、轉(zhuǎn)子齒諧波磁通相互作用產(chǎn)生的徑向交變磁拉力。
使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生變形和周期性振動(dòng),形成聲源,輻射到周圍空間形成噪聲。
當(dāng)定、轉(zhuǎn)子槽配合選擇不當(dāng)時(shí),定子鐵芯或機(jī)座的固有振蕩頻率接近交變磁拉力的頻率而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形時(shí),電機(jī)的電磁噪聲會(huì)顯著增大。
其頻率范圍700～4000Hz,正好在人聽覺的敏感頻段內(nèi)。
抑制電磁噪聲的措施如下：
(1)選用適當(dāng)槽配合
如：與注塑機(jī)械相配套的三相異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)其負(fù)荷是從空載、滿載到過載周期性變化的過程。
注塑機(jī)械對(duì)電機(jī)過載時(shí)性能要求較高,即使電機(jī)過載時(shí)也要保持低噪聲，在過載時(shí)無明顯的尖叫聲。
我們專門設(shè)計(jì)了在注塑機(jī)上使用的30kW-6極的電機(jī),原來定、轉(zhuǎn)子的槽配合是54/42槽。
在使用過程中,當(dāng)注塑機(jī)達(dá)到最大過載轉(zhuǎn)矩時(shí)(壓力140kg)電機(jī)噪聲達(dá)到90dB。
后來改用新的定、轉(zhuǎn)子的槽配合是54/66槽,不但其他性能達(dá)到技術(shù)要求,最大轉(zhuǎn)矩達(dá)到了2?7倍(過載能力遠(yuǎn)大于普通電機(jī)),而且電機(jī)噪聲只有80dB左右。
后來在其他幾個(gè)規(guī)格上使用也達(dá)到了同樣的效果。
(2)削弱諧波磁場(chǎng)的幅值,減少交變磁拉力
如：加大轉(zhuǎn)子的斜槽度，加大定、轉(zhuǎn)子氣隙，提高氣隙的均勻度，采用磁性楔，合理繞組節(jié)距，降低磁密，縮小定、轉(zhuǎn)子鐵芯槽口寬。
(3)合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)
控制定子鐵芯質(zhì)量,減少壓裝后定子鐵芯的彈開量,保證獲取高質(zhì)量的定子鐵芯。
控制鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量,在轉(zhuǎn)子鑄鋁時(shí)鋁溫度要控制好。
采用下模不用預(yù)熱,中模、上模預(yù)熱,這樣有利于造成一個(gè)上高下低的溫度梯度,利于充型和補(bǔ)縮。
避免轉(zhuǎn)子鑄鋁不足,影響電機(jī)性能,造成噪聲增大。
同時(shí),轉(zhuǎn)子入軸時(shí)保證定轉(zhuǎn)子對(duì)齊。
控制零部件的金加工質(zhì)量。
增加機(jī)座的剛性強(qiáng)度,提高機(jī)座鐵芯與止口的同心度。
在加工端蓋軸承室時(shí),為了保證止口與軸承室的同心度,應(yīng)采取止口與軸承室一次裝夾加工出來的工藝,軸承室的加工尺寸盡量靠近中間公差,表面粗糙度要達(dá)到技術(shù)要求。
避免總裝配后定轉(zhuǎn)子鐵芯間氣隙的不均勻。
2 結(jié) 論
電機(jī)噪聲不可能完全消除,但可以通過以上方式將其控制在可接受的范圍內(nèi)。
我國(guó)是電機(jī)制造大國(guó),但要成為電機(jī)制造強(qiáng)國(guó),噪聲控制是非常重要的環(huán)節(jié),當(dāng)然,噪聲的控制方法還遠(yuǎn)不止這些,除了生產(chǎn)過程中把好關(guān),還需要熟練掌握對(duì)電機(jī)噪聲的監(jiān)測(cè)、診斷和識(shí)別技術(shù),以便采取有效的措施降噪。
參考文獻(xiàn):
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電機(jī)軸承噪聲產(chǎn)生原因與控制對(duì)策【2】
摘 要：電機(jī)軸承出現(xiàn)噪音也被稱為電機(jī)噪音。
電機(jī)的噪聲由機(jī)械噪聲、電磁噪聲和通風(fēng)噪聲三部分組成，其中機(jī)械噪聲的主要來源之一是軸承噪聲，因此，控制電機(jī)的軸承噪聲可以有效降低電機(jī)的整體噪聲。
軸承是電機(jī)的主要故障點(diǎn)之一。
解決電機(jī)的軸承噪聲可以降低電機(jī)的軸承故障，提高電機(jī)的整體質(zhì)量水平。
本文分析了影響電機(jī)軸承噪聲的原因，介紹了問題的預(yù)防及解決措施。
關(guān)鍵詞：電機(jī);滾動(dòng)軸承;噪聲;對(duì)策
引 言
電機(jī)中采用的軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種，滑動(dòng)軸承噪聲低，在電機(jī)噪音上相對(duì)也較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在微型電機(jī)中使用廣泛，而在其它類型的電機(jī)中，特別是在中小型異步電機(jī)中，由于滾動(dòng)軸承具有使用維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，起動(dòng)性能好，可使電機(jī)軸向結(jié)構(gòu)緊湊以及成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，使用更多。
在正常情況下，軸承裝入電機(jī)后，電機(jī)的軸承噪聲和單個(gè)軸承的噪聲有著密切的關(guān)系，噪聲小的軸襯裝入電機(jī)后，電機(jī)噪聲也小，但是也有不少情況是噪聲小的軸襯裝入電機(jī)后，電機(jī)噪音并不小，發(fā)生這樣的情況主要原因是零件與軸承配合不當(dāng)，結(jié)構(gòu)不合理，由于電機(jī)裝配工藝不當(dāng)造成軸承的機(jī)械損傷，兩次固體污染，結(jié)構(gòu)共振等。
軸承對(duì)電機(jī)振動(dòng)和噪聲的影響主要有兩個(gè)方面。
一方面，軸承本身是一個(gè)嚴(yán)重的振動(dòng)源和噪聲源，另一方面，作為電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的連接構(gòu)件，軸承受到電機(jī)中各種力的激勵(lì)并傳遞激勵(lì)力，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
電機(jī)的噪聲包括電磁噪聲、通風(fēng)噪聲和機(jī)械噪聲，而機(jī)械噪聲的主要來源之一就是電機(jī)的軸承噪聲。
在電機(jī)結(jié)構(gòu)上，軸承是連接電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子，限定定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，并保證電機(jī)準(zhǔn)確運(yùn)行的承載部件。
電機(jī)上滾動(dòng)軸承的故障會(huì)體現(xiàn)在軸承的振動(dòng)上，進(jìn)而產(chǎn)生軸承噪聲、軸承發(fā)熱等現(xiàn)象，但是在軸承故障初期，軸承的振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱等現(xiàn)象并不明顯，只有某些小的變化，往往被人們所忽視，而當(dāng)這些現(xiàn)象一旦表現(xiàn)明顯時(shí)，軸承的失效已經(jīng)發(fā)生，此時(shí)如不立即采取措施，將會(huì)帶來不可預(yù)知的嚴(yán)重后果。
1 電機(jī)滾動(dòng)軸承的噪聲源
�、匐姍C(jī)內(nèi)軸承間隙大。
②電機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛：也是電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部件。
電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，它是用來實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能和機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換裝置。
�、鄞配撍蓜�(dòng)、脫落。
�、茈姍C(jī)內(nèi)部軸向竄動(dòng)。
�、萦兴㈦姍C(jī)換向器表面氧化、燒蝕、油污、凹凸不平、換向片松動(dòng)。
�、尢克⒓芩蓜�(dòng)、炭刷架不正。
�、唠姍C(jī)轉(zhuǎn)速及支撐件的固有頻率;⑧軸承支撐件的結(jié)構(gòu)型式;⑨負(fù)載和運(yùn)行溫度。
2 產(chǎn)生軸承噪聲因素及對(duì)策
2.1 軸承類型尺寸的選擇
軸承的直徑越小，由其所引起的振動(dòng)與噪聲越小。
研究表明，振動(dòng)程度隨著軸承直徑的增加而增大，直徑每增加5 mm，振動(dòng)約增大(1～2)dB，并且軸承噪聲隨著滾動(dòng)體直徑的增加而增大，球軸承產(chǎn)生的噪聲要低于滾子軸承。
軸承保持架的結(jié)構(gòu)和材料也是影響軸承噪聲的主要因素，一般非金屬保持架產(chǎn)生的噪聲低于金屬保持架。
選擇軸承保持架的材料時(shí)要綜合考慮軸承運(yùn)行溫度、潤(rùn)滑脂類型以及電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度等多種因素的影響，由尼龍、玻璃纖維、樹脂等材料制成的非金屬保持架對(duì)這些因素會(huì)比較敏感，選擇時(shí)應(yīng)慎重。
在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以小直徑、輕系列、低噪聲保持架的球軸承作為優(yōu)選方案。
2.2 配合的選擇
軸承與軸承室及與軸的配合的選擇要保證軸承內(nèi)圈與軸承外圈的固定，即電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承內(nèi)圈與軸、軸承外圈與軸承室之間不能發(fā)生滑動(dòng)，又要保證軸承的工作游隙合適。
軸承的工作游隙是軸承在工作時(shí)的徑向游隙，取__決于軸承內(nèi)圈在軸上和軸承外圈在軸承室中的配合緊度以及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下內(nèi)圈和外圈所產(chǎn)生的溫差。
選擇軸承配合時(shí)要綜合考慮軸承套圈的固定以及軸承的工作游隙兩個(gè)問題。
過大的徑向工作游隙會(huì)導(dǎo)致軸承運(yùn)行過程中的負(fù)荷區(qū)域過小，影響軸承的壽命，并產(chǎn)生較大的振動(dòng)與噪聲;理論上軸承的工作游隙越小，滾動(dòng)體在無載荷區(qū)的引導(dǎo)就越好，軸承在運(yùn)行中的噪聲就越小，但是過小的工作游隙會(huì)使軸承抱死。
軸承外圈與軸承室間的配合型式會(huì)影響振動(dòng)與噪聲的傳播。
如果配合過松會(huì)引起響聲，并且會(huì)導(dǎo)致外圈在軸承室內(nèi)滑動(dòng)。
軸承裝配時(shí)外圈的徑向間隙一般宜限制在(3～9)μm的范圍內(nèi)，但這一數(shù)據(jù)最好根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)選取。
2.3 軸承預(yù)負(fù)荷
無論是球軸承還是滾子軸承，工作時(shí)軸承所受負(fù)荷必須大于軸承的最小工作負(fù)荷才能使軸承的滾動(dòng)體在滾道內(nèi)實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，否則，滾動(dòng)體將采用滾動(dòng)與滑動(dòng)相結(jié)合的方式在滾道內(nèi)運(yùn)行，這種滑動(dòng)現(xiàn)象將會(huì)破壞滾動(dòng)體與滾道之間的潤(rùn)滑膜，使?jié)L動(dòng)體與滾道之間發(fā)生摩擦，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一方面會(huì)由于摩擦生熱使軸承溫度升高，另一方面由于摩擦?xí)節(jié)L動(dòng)體振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。
對(duì)于球軸承來說，一般采用在軸承軸向上設(shè)置彈簧，對(duì)軸承施加軸向預(yù)壓力的方法來消除球軸承中的內(nèi)部間隙，以消除由于松散的滾動(dòng)體在滾道內(nèi)運(yùn)動(dòng)不受約束的現(xiàn)象。
而對(duì)于只能承受徑向力的圓柱滾子軸承來說，一般電機(jī)轉(zhuǎn)子重力都要大于其所需要的最小預(yù)負(fù)荷，所以，不需另加結(jié)構(gòu)來配置。
2.4 對(duì)同軸度的要求
電機(jī)兩端軸承的同軸度是影響電機(jī)軸承振動(dòng)并產(chǎn)生噪聲的重要因素。
選擇軸承配置型式時(shí)，最好使軸承配置具有自動(dòng)調(diào)心功能，這樣可減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的不對(duì)中量。
對(duì)于不具有自動(dòng)調(diào)心功能的配置，應(yīng)采取提高加工精度，增加軸的剛性等措施，使軸的角度不對(duì)中保持在最小值內(nèi)。
對(duì)于采用幾個(gè)軸承并列安裝組合起來使用的軸承結(jié)構(gòu)，因其限制了軸線角度變化的靈活性，對(duì)軸系的同軸度特別敏感，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須注意，這種結(jié)構(gòu)不但影響軸承的噪聲，而且會(huì)影響到軸承的受力情況，進(jìn)而影響到軸承的壽命。
可通過具有自動(dòng)調(diào)心功能的球形軸承座來解決調(diào)心問題，但這種球形軸承座加工較復(fù)雜。
2.5 對(duì)與軸承套圈配合部位的加工要求
與軸承套圈配合的部位是指軸上與軸承內(nèi)圈配合的軸承臺(tái)的外徑以及軸承座上與軸承外圈配合的軸承室的內(nèi)徑。
這兩個(gè)部位的尺寸公差、表面粗糙度及形位公差要嚴(yán)格控制。
如果這些部位加工不好，它的誤差會(huì)傳遞給軸承套圈上與滾動(dòng)體接觸的滾道，當(dāng)滾動(dòng)體在不規(guī)則的滾道上運(yùn)行時(shí)，將使?jié)L動(dòng)體振動(dòng)并產(chǎn)生噪聲。
2.6 潤(rùn)滑脂的污染對(duì)軸承噪聲的影響
軸承內(nèi)部潤(rùn)滑脂被污染是軸承產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的另一個(gè)重要原因。
電機(jī)運(yùn)行時(shí)，工作著的滾動(dòng)體與軸承套圈上的滾道之間會(huì)形成很薄的油膜，如果潤(rùn)滑脂被污染，油膜將會(huì)被污染物破壞，滾動(dòng)體與滾道之間直接接觸，在滾動(dòng)體和滾道表面形成凹坑或劃痕，長(zhǎng)時(shí)間的破壞將使其形狀不規(guī)則，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。
潤(rùn)滑脂變質(zhì)和軸承密封結(jié)構(gòu)是污染潤(rùn)滑脂的主要途徑。
長(zhǎng)期工作的潤(rùn)滑脂會(huì)產(chǎn)生氧化變質(zhì)與凝縮分油現(xiàn)象，最終碳化結(jié)塊，這種現(xiàn)象在高溫下會(huì)更加嚴(yán)重，因此，應(yīng)定期更換潤(rùn)滑脂，保證其新鮮干凈。
對(duì)于特殊的在高溫下運(yùn)行的軸承，應(yīng)采用高溫性能好的潤(rùn)滑脂。
3 結(jié)束語
振動(dòng)是產(chǎn)生噪聲的根源，軸承的噪聲與振動(dòng)密不可分，為了保證軸承工作時(shí)低振動(dòng)、低噪聲，必須從軸承質(zhì)量以及電機(jī)的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸承支撐件加工工藝、軸承的維護(hù)等各方面全面考慮。
采用合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的加工工藝，正確的使用維護(hù)降低軸承噪聲，延長(zhǎng)軸承的壽命。
參考文獻(xiàn)：
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2.王愛玲，王軍華.電機(jī)噪聲分析與降噪措施[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào).2005(03)
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