李峰 張冬妮

電機(jī)振動(dòng)和噪聲是衡量電機(jī)質(zhì)量一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。如何降低電機(jī)振動(dòng)和噪聲也是電機(jī)行業(yè)普遍存在的問(wèn)題。本文從工藝方面入手，探討如何降低電機(jī)振動(dòng)和噪音。

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境舒適度要求的不斷提高，噪聲問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，同樣，電機(jī)振動(dòng)和噪聲已成為考核電機(jī)質(zhì)量的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，它反映了電機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量，工藝技術(shù)以及安裝水平，如何降低電機(jī)振動(dòng)和噪聲是電機(jī)行業(yè)存在的一個(gè)普遍問(wèn)題。

噪聲主要來(lái)源于振動(dòng)，要降低電機(jī)的噪聲，就必須減小其振動(dòng)，電機(jī)振動(dòng)主要有電磁振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)兩種，除設(shè)計(jì)因素外，工藝水平的高低對(duì)電機(jī)振動(dòng)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(jī)振動(dòng)和噪聲。

二、電機(jī)振動(dòng)的形式

電機(jī)振動(dòng)的形式主要有以下幾種：

其中，定子鐵心的振動(dòng)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(dòng)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(jī)座振動(dòng)的振動(dòng)源主要有兩方面：一方面是由于定子鐵心的電磁振動(dòng)通過(guò)鐵心和機(jī)座的連接傳來(lái)，引起機(jī)座的倍頻振動(dòng)，另一方面是由于轉(zhuǎn)子振動(dòng)的激振力。引起轉(zhuǎn)子彎曲振動(dòng)主要有以下三個(gè)方面的原因：（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)；（2）轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)子冷熱不均勻及電磁不平衡引起的振動(dòng)；（3）轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性；轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(dòng)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(jī)的振動(dòng)和噪音問(wèn)題，主要是從電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)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(dòng)平衡

（一）轉(zhuǎn)子中不平衡量的來(lái)源

轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)上一般都使它相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)是軸對(duì)稱(chēng)的。但是由于在制造過(guò)程中工藝和材料本身存在的缺陷以及轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中等一系列因素，最后裝配的轉(zhuǎn)子基本上不能達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)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(gè)線(xiàn)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(jì)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(yùn)行過(guò)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(dòng)

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

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(dāng)轉(zhuǎn)子以等角速度 繞定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生的離心慣性力F。

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

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

由（1-2）可見(jiàn)， 時(shí)，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(dāng) 時(shí)，軸的彎曲和軸承力趨近于無(wú)窮大 ，此時(shí)稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

當(dāng) 時(shí)，動(dòng)撓度等于不平衡偏心距 ，此時(shí)兩個(gè)軸承力的和為 。

從上面的分析可以得出：無(wú)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(dòng)。但是，這只是一種理想的情況，如果有零部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就必然會(huì)產(chǎn)生離心慣性力，從而引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪音。

（三）改善措施

要降低轉(zhuǎn)子的振動(dòng)和噪音，必須提高轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度，在工藝方面主要從以下幾點(diǎn)提高轉(zhuǎn)子的動(dòng)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(shí)產(chǎn)生的離心慣性力，必須選擇兩個(gè)面進(jìn)行校正，動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)支撐支點(diǎn)盡量靠近軸承檔。

（2）由于風(fēng)扇在旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速盡可能高。

（3）轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝要保證合理的同軸度和對(duì)稱(chēng)性。

（4）做動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，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(shí)嚴(yán)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(dòng)平衡工藝。鑄鋁轉(zhuǎn)子采用加墊圈校正不平衡量時(shí)，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(dòng)平衡時(shí)，最好采用焊接而不采用鉚接。

四、軸承及裝配

（一）軸承對(duì)振動(dòng)的影響

對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡后，能有效抑制電機(jī)的徑向振動(dòng)，但不能降低電機(jī)的軸向振動(dòng)，所以，對(duì)于軸承引起的振動(dòng)，主要考慮其軸向振動(dòng)。

滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，既有滾動(dòng)摩擦，又有滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)體在滾道上滾動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)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(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。

軸承和電機(jī)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(huì)引起軸承游隙的變化。所以說(shuō)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(jī)的振動(dòng)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(dòng)的一項(xiàng)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(duì)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(guò)盈配合，對(duì)軸承滾道的變形影響較小，可以通過(guò)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(shí)，由于配合過(guò)盈量的存在，致使包容件外徑增大，增大量按下式計(jì)算：

按照上次計(jì)算，當(dāng)軸承內(nèi)圈和軸承檔的配合過(guò)盈量為10 時(shí)，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(shí)，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(duì)于沒(méi)有特殊要求的軸承室來(lái)說(shuō)。軸承室的加工為車(chē)削加工，其精度和粗糙度都沒(méi)有軸承檔高。軸承室和軸承外徑的配合不宜采用過(guò)盈配合，否則軸承室的幾何尺寸都影響軸承外徑外圈，進(jìn)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(jì)算公式，H132以下電機(jī)軸承和軸承室的配合系數(shù) ，配合面的壓強(qiáng)近似等于零，對(duì)軸承外圈沒(méi)有擠壓。裝配時(shí)可將軸承用力推入，個(gè)別較緊的可用木錘或者塑料錘輕輕敲入。

H160以上的電機(jī)，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(duì)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(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，采用合理的工藝措施對(duì)于降低電機(jī)的振動(dòng)和噪聲也是非常有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]彭志源等.最新機(jī)械工程師應(yīng)用技術(shù)與機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算方法應(yīng)用手冊(cè)[M].長(zhǎng)春：銀聲音像出版社，2005.

[2]邢曉玲譯.淺談?shì)S承對(duì)電動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)的影響[J].天津：天津市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2009.

[3]屈維德，唐恒鈴.機(jī)械振動(dòng)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4]馬亞平，鄭廣祿.電機(jī)振動(dòng)和噪聲控制的工藝措施[J].蘭州：機(jī)械研究與應(yīng)用，2002.