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電機噪聲的產(chǎn)生與控制方法
電機噪聲的產(chǎn)生與控制方法【1】
[摘 要]噪聲是現(xiàn)代社會污染環(huán)境的主要公害之一,它直接影響人們的身心健康。
在工作場所,家庭、辦公室,商場等行業(yè)都離不開電機，而電動機是產(chǎn)生噪聲的聲源之一。
從保護環(huán)境,維護人類健康的角度出發(fā),盡可能抑制噪聲,是電機行業(yè)一直亟待解決的問題。
近年來,隨著國外對電機要求的不斷提高,出口電機退運情況也有增多的跡象,噪聲是退運的主要原因之一,如何通過降低電機噪聲提升出口電機質(zhì)量水平已成為檢驗檢疫部門與企業(yè)共同關(guān)注的問題,本文從分析電機噪聲產(chǎn)生原因入手,對抑制噪聲的方法進行了深入的研究,以求對生產(chǎn)企業(yè)在降噪方法上能有借鑒性作用。
[關(guān)鍵詞]電動機;噪聲;控制
1 電動機噪聲的產(chǎn)生
電動機的噪聲可分為三類：通風噪聲、機械振動噪聲及電磁噪聲。
1.1 通風噪聲
在電動機運行中,通風噪聲是主要噪聲源,通風噪聲可分為渦流噪聲與笛聲,渦流噪聲主要由轉(zhuǎn)子和風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。
當電機溫升有較大裕量時,設(shè)計合理的通風途徑,減小風扇外徑是抑制通風噪聲最有效的措施。
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：徑向通風槽板,鼠籠條)。
通過調(diào)整風葉葉片數(shù),增加風扇外徑與風罩或端蓋內(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的笛聲),以避開“共鳴”點是降低笛鳴噪聲的有效方法。
同時還應考慮風路平滑以減少突變帶來的噪聲。
1.2 機械振動噪聲
(1)結(jié)構(gòu)件共振噪聲
轉(zhuǎn)子動平衡沒校好使電機端蓋、機殼、擋風板、外風罩等部件容易產(chǎn)生共振,引起噪聲。
當電機裝配質(zhì)量不良時,零部件配合松動也會使機械振動噪聲增大。
解決機械振動噪聲端蓋的剛度,改進零部件的結(jié)構(gòu),以改變其固有頻率,就可消除共振噪聲。
(2)軸承噪聲
電動機采用的軸承有兩種形式：滾動軸承和滑動軸承。
滑動軸承噪聲較低,滾動軸承噪聲較大,高速比低速要大。
滾動軸承在轉(zhuǎn)動時,滾動體相對于內(nèi)外圈和保持架相對運動,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、裝配間隙及運輸安裝和運行過程中,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)計中選擇適當?shù)牟牧虾蛣偠?加大機座的阻尼。
生產(chǎn)方面則應控制好電機裝配質(zhì)量。
裝配時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。
做好軸承的進貨檢驗,合格的軸承才允許裝配,目前國產(chǎn)的電機用軸承,對于普通工業(yè)用電動機已能滿足要求。
制造低噪聲、低振動的電動機就有必要選擇更高精度的軸承,或用滑動軸承代替。
轉(zhuǎn)子動平衡同樣也是降低機械噪聲的必要途徑。
電機裝配后,如果軸向有串動,可在前軸承蓋加裝一個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。
異步電機運轉(zhuǎn)時,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,形成聲源,輻射到周圍空間形成噪聲。
當定、轉(zhuǎn)子槽配合選擇不當時,定子鐵芯或機座的固有振蕩頻率接近交變磁拉力的頻率而產(chǎn)生動態(tài)變形時,電機的電磁噪聲會顯著增大。
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)選用適當槽配合
如：與注塑機械相配套的三相異步電動機工作時其負荷是從空載、滿載到過載周期性變化的過程。
注塑機械對電機過載時性能要求較高,即使電機過載時也要保持低噪聲，在過載時無明顯的尖叫聲。
我們專門設(shè)計了在注塑機上使用的30kW-6極的電機,原來定、轉(zhuǎn)子的槽配合是54/42槽。
在使用過程中,當注塑機達到最大過載轉(zhuǎn)矩時(壓力140kg)電機噪聲達到90dB。
后來改用新的定、轉(zhuǎn)子的槽配合是54/66槽,不但其他性能達到技術(shù)要求,最大轉(zhuǎn)矩達到了2?7倍(過載能力遠大于普通電機),而且電機噪聲只有80dB左右。
后來在其他幾個規(guī)格上使用也達到了同樣的效果。
(2)削弱諧波磁場的幅值,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)計機械結(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)子鑄鋁時鋁溫度要控制好。
采用下模不用預熱,中模、上模預熱,這樣有利于造成一個上高下低的溫度梯度,利于充型和補縮。
避免轉(zhuǎn)子鑄鋁不足,影響電機性能,造成噪聲增大。
同時,轉(zhuǎn)子入軸時保證定轉(zhuǎn)子對齊。
控制零部件的金加工質(zhì)量。
增加機座的剛性強度,提高機座鐵芯與止口的同心度。
在加工端蓋軸承室時,為了保證止口與軸承室的同心度,應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)。
我國是電機制造大國,但要成為電機制造強國,噪聲控制是非常重要的環(huán)節(jié),當然,噪聲的控制方法還遠不止這些,除了生產(chǎn)過程中把好關(guān),還需要熟練掌握對電機噪聲的監(jiān)測、診斷和識別技術(shù),以便采取有效的措施降噪。
參考文獻:
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[2]徐志紅?異步電動機噪聲及其控制[J].平頂山工學院學報,2003(3)
電機軸承噪聲產(chǎn)生原因與控制對策【2】
摘 要：電機軸承出現(xiàn)噪音也被稱為電機噪音。
電機的噪聲由機械噪聲、電磁噪聲和通風噪聲三部分組成，其中機械噪聲的主要來源之一是軸承噪聲，因此，控制電機的軸承噪聲可以有效降低電機的整體噪聲。
軸承是電機的主要故障點之一。
解決電機的軸承噪聲可以降低電機的軸承故障，提高電機的整體質(zhì)量水平。
本文分析了影響電機軸承噪聲的原因，介紹了問題的預防及解決措施。
關(guān)鍵詞：電機;滾動軸承;噪聲;對策
引 言
電機中采用的軸承分為滾動軸承和滑動軸承兩種，滑動軸承噪聲低，在電機噪音上相對也較低，結(jié)構(gòu)簡單，在微型電機中使用廣泛，而在其它類型的電機中，特別是在中小型異步電機中，由于滾動軸承具有使用維護方便，運轉(zhuǎn)精度高，起動性能好，可使電機軸向結(jié)構(gòu)緊湊以及成本低等諸多優(yōu)點，使用更多。
在正常情況下，軸承裝入電機后，電機的軸承噪聲和單個軸承的噪聲有著密切的關(guān)系，噪聲小的軸襯裝入電機后，電機噪聲也小，但是也有不少情況是噪聲小的軸襯裝入電機后，電機噪音并不小，發(fā)生這樣的情況主要原因是零件與軸承配合不當，結(jié)構(gòu)不合理，由于電機裝配工藝不當造成軸承的機械損傷，兩次固體污染，結(jié)構(gòu)共振等。
軸承對電機振動和噪聲的影響主要有兩個方面。
一方面，軸承本身是一個嚴重的振動源和噪聲源，另一方面，作為電機轉(zhuǎn)子和定子的連接構(gòu)件，軸承受到電機中各種力的激勵并傳遞激勵力，從而產(chǎn)生振動和噪聲。
電機的噪聲包括電磁噪聲、通風噪聲和機械噪聲，而機械噪聲的主要來源之一就是電機的軸承噪聲。
在電機結(jié)構(gòu)上，軸承是連接電機定子與轉(zhuǎn)子，限定定轉(zhuǎn)子相對位置，并保證電機準確運行的承載部件。
電機上滾動軸承的故障會體現(xiàn)在軸承的振動上，進而產(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、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，而當這些現(xiàn)象一旦表現(xiàn)明顯時，軸承的失效已經(jīng)發(fā)生，此時如不立即采取措施，將會帶來不可預知的嚴重后果。
1 電機滾動軸承的噪聲源
�、匐姍C內(nèi)軸承間隙大。
�、陔姍C轉(zhuǎn)子掃膛：也是電機中的旋轉(zhuǎn)部件。
電機由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，它是用來實現(xiàn)電能與機械能和機械能與電能的轉(zhuǎn)換裝置。
�、鄞配撍蓜印⒚撀�。
④電機內(nèi)部軸向竄動。
⑤有刷電機換向器表面氧化、燒蝕、油污、凹凸不平、換向片松動。
⑥炭刷架松動、炭刷架不正。
�、唠姍C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負載和運行溫度。
2 產(chǎn)生軸承噪聲因素及對策
2.1 軸承類型尺寸的選擇
軸承的直徑越小，由其所引起的振動與噪聲越小。
研究表明，振動程度隨著軸承直徑的增加而增大，直徑每增加5 mm，振動約增大(1～2)dB，并且軸承噪聲隨著滾動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要綜合考慮軸承運行溫度、潤滑脂類型以及電機旋轉(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這些因素會比較敏感，選擇時應慎重。
在電機設(shè)計時，應以小直徑、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，即電機運轉(zhuǎn)時軸承內(nèi)圈與軸、軸承外圈與軸承室之間不能發(fā)生滑動，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運行狀態(tài)下內(nèi)圈和外圈所產(chǎn)生的溫差。
選擇軸承配合時要綜合考慮軸承套圈的固定以及軸承的工作游隙兩個問題。
過大的徑向工作游隙會導致軸承運行過程中的負荷區(qū)域過小，影響軸承的壽命，并產(chǎn)生較大的振動與噪聲;理論上軸承的工作游隙越小，滾動體在無載荷區(qū)的引導就越好，軸承在運行中的噪聲就越小，但是過小的工作游隙會使軸承抱死。
軸承外圈與軸承室間的配合型式會影響振動與噪聲的傳播。
如果配合過松會引起響聲，并且會導致外圈在軸承室內(nèi)滑動。
軸承裝配時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)實踐經(jīng)驗選取。
2.3 軸承預負荷
無論是球軸承還是滾子軸承，工作時軸承所受負荷必須大于軸承的最小工作負荷才能使軸承的滾動體在滾道內(nèi)實現(xiàn)純滾動，否則，滾動體將采用滾動與滑動相結(jié)合的方式在滾道內(nèi)運行，這種滑動現(xiàn)象將會破壞滾動體與滾道之間的潤滑膜，使?jié)L動體與滾道之間發(fā)生摩擦，嚴重時將會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一方面會由于摩擦生熱使軸承溫度升高，另一方面由于摩擦會使?jié)L動體振動，產(chǎn)生噪聲。
對于球軸承來說，一般采用在軸承軸向上設(shè)置彈簧，對軸承施加軸向預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體在滾道內(nèi)運動不受約束的現(xiàn)象。
而對于只能承受徑向力的圓柱滾子軸承來說，一般電機轉(zhuǎn)子重力都要大于其所需要的最小預負荷，所以，不需另加結(jié)構(gòu)來配置。
2.4 對同軸度的要求
電機兩端軸承的同軸度是影響電機軸承振動并產(chǎn)生噪聲的重要因素。
選擇軸承配置型式時，最好使軸承配置具有自動調(diào)心功能，這樣可減小整個結(jié)構(gòu)的不對中量。
對于不具有自動調(diào)心功能的配置，應采取提高加工精度，增加軸的剛性等措施，使軸的角度不對中保持在最小值內(nèi)。
對于采用幾個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，對軸系的同軸度特別敏感，結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須注意，這種結(jié)構(gòu)不但影響軸承的噪聲，而且會影響到軸承的受力情況，進而影響到軸承的壽命。
可通過具有自動調(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雜。
2.5 對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。
這兩個部位的尺寸公差、表面粗糙度及形位公差要嚴格控制。
如果這些部位加工不好，它的誤差會傳遞給軸承套圈上與滾動體接觸的滾道，當滾動體在不規(guī)則的滾道上運行時，將使?jié)L動體振動并產(chǎn)生噪聲。
2.6 潤滑脂的污染對軸承噪聲的影響
軸承內(nèi)部潤滑脂被污染是軸承產(chǎn)生振動噪聲的另一個重要原因。
電機運行時，工作著的滾動體與軸承套圈上的滾道之間會形成很薄的油膜，如果潤滑脂被污染，油膜將會被污染物破壞，滾動體與滾道之間直接接觸，在滾動體和滾道表面形成凹坑或劃痕，長時間的破壞將使其形狀不規(guī)則，運行時產(chǎn)生振動噪聲。
潤滑脂變質(zhì)和軸承密封結(jié)構(gòu)是污染潤滑脂的主要途徑。
長期工作的潤滑脂會產(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)象在高溫下會更加嚴重，因此，應定期更換潤滑脂，保證其新鮮干凈。
對于特殊的在高溫下運行的軸承，應采用高溫性能好的潤滑脂。
3 結(jié)束語
振動是產(chǎn)生噪聲的根源，軸承的噪聲與振動密不可分，為了保證軸承工作時低振動、低噪聲，必須從軸承質(zhì)量以及電機的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承支撐件加工工藝、軸承的維護等各方面全面考慮。
采用合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，先進的加工工藝，正確的使用維護降低軸承噪聲，延長軸承的壽命。
參考文獻：
1.譚擁軍.滾動軸承噪聲及其控制[J]. 機械管理開發(fā).2010(03)
2.王愛玲，王軍華.電機噪聲分析與降噪措施[J].平頂山工學院學報.2005(03)
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