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降低电机噪声的工艺措施探讨

发布时间：2012-11-01 浏览次数：924

作者：顾军富
（江苏新源源电力建设实业有限公司）

　　摘　要：文章主要从电机噪声的危害性出发，分析了电机噪声产生的原因，并对如何降低电机噪声阐述了相应的观点。
　　关键词：电机噪声；噪声污染；机械噪声；机械加工精度
　　随着电机在日常工作及家庭生活生产中的广泛应用，电机噪声已成为电机质量考核的一项重要技术指标，如何降低电机的噪声，已经引起各电机科研机构和生产企业的高度关注，并成为重点解决的问题之一。根据电机噪声产生方式的不同，为便于论述，笔者将电机噪声归纳为两大类:电磁噪声、机械噪声(包括空气动力噪声)。其中机械噪声往往是电机噪声的主角。因专业所限，笔者仅就降低电机机械噪声的工艺措施进行探讨。由机械原因引起电机噪声的因素较多，相对比较复杂，除设计因素外，如槽配合、功率、转速、结构等，工艺水平的提高对电机噪声的抑制和保证起着极为重要的作用。产生电机机械噪声的因素有转子动平衡、轴承、装配及零部件的机械加工等。
　　1　电机噪声的危害
　　电机发出异常噪声是电机内部零件损坏的一个重要判断依据。电机噪声轻则对电机安全运行产生一定影响，严重的可能导致电机的损坏，甚至造成安全事故和较大的经济损失。
　　另外，长期或长时间在充满噪声的环境中工作或生活时，容易引起影响人的神经系统，使人急躁、易怒，影响睡眠，造成疲倦，降低工作质量和工作效率；有时甚至会直接导致职业病或工伤事故的产生。
　　总之，噪声污染已是当前社会公认的三大污染源之一，而电机噪声是噪声污染的声源之一。电机广泛地应用在日常的生活与生产中，与人们的生活有着紧密的联系。随着社会文明的进步，人们对噪声污染的认识逐步的增强。因此，降低电机噪声已是摆在人们面前的一个重要课题。
　　2　电机机械噪声产生的原因
　　振动产生噪声，要探讨降低电机噪声的工艺措施，必须先弄清其产生的原因。
　　2.1转子的不平衡引起的噪声
　　通常在电机的结构中，刚性转子的机械不平衡可分为静不平衡、动不平衡和混合不平衡三种。由静不平衡导致的离心力在两个支座上产生大小相等、相位相同的振动；由动不平衡导致的离心力的力偶在两个支座上产生大小相等、相位相反的振动。在生产过程中要特别注意的是动平衡精度的稳定性，尤其是稳态运行后有些电机就达不到总装时的精度，这就要靠严格执行转子装配工艺规程来保证。大型电机的生产过程中要特别重视。另外，只重视转子本身的动不平衡精度而忽视附加零件如风扇等的平衡精度也是不够的。
　　2.2轴承引起的噪声
　　轴承是电机中重要的零部件之一。可将轴承噪音归纳为两类:轴承本身产生的噪声、轴承与电机装配精度引起的噪声。
　　2.2.1轴承本身产生的噪声绝大多数的电机选用的轴承为滚动轴承，包括滚珠轴承和滚柱轴承。滚动轴承有内圈、外圈，其间还有滚珠或滚柱和保持架，在电机旋转过程中，这些元件会有相对运动，导致不规则的摩擦和碰撞而产生噪声，特别是在电机高速运转的情况下尤为明显。目前鉴别轴承的优劣有先进的轴承噪声测试仪，测量轴承噪声是否达到对应的标准要求和设计要求，这也是电机生产厂较为关注的。
　　2.2.2轴承与电机装配精度引起的噪声在生产实践中，有时质量相同的同一批轴承装在不同的电机上，测出的噪声级差别也很大，差值Z多可达到10dB(A)以上。有时更换精密轴承后轴承噪声还是很大，这说明轴承噪音与电机本身的结构和装配精度有直接关系。它决定了轴承振动的传递和扩大，因为噪声Z后都是通过电机向外辐射的。影响轴承与电机装配精度的主要因素有：
　　(1)轴承径向游隙的大小。轴承在制造时有一个符合一定标准的原始径向游隙值，因轴承装入电机后轴承内外圈与轴承档及轴承室都有一定的配合公差，较大的过盈配合会使轴承产生变形，引起游隙减小，是轴承运行在另一个游隙值，即工作游隙。实践表明:当工作游隙为10μm左右时，噪音Z小，是Z合理的游隙值。游隙值过大或过小都可能会使噪音加大，因此就要求原始的游隙值必须在规定范围内。工作游隙与原始游隙的差值主要与轴承内圈和轴承挡之间的配合、类别及轴承档加工精度有关，这就要求轴承制造厂保证轴承的加工精度和原始游隙的公差带宽度。也就是说，轴承本身的质量和装配配合精度直接影响电机噪声的大小。
　　(2)端盖和机座的刚度问题。从机械结构方面来讲，电机可看成是由几个零部件(定、转子、轴承与端盖)组成的振动系统。由于轴承内圈装配在转轴上产生椭圆变形，径向减弱了轴承与电机的振动系统发生“调谐”，从而引起振幅较大的轴向振动。值得注意的是，引起定子铁芯电磁振动的电磁力波，同时也作用在转子上。一般情况下，若转子刚度好可忽略它引起的弯曲振动，但它会通过轴承传到端盖及整个电机。由于轴承滚珠(滚柱)与内圈相对运动的不规则，传递到轴承外圈上的电磁力波频率不甚稳定，而端盖又是薄壳结构，轴向刚度差，它有很多不同阶段的固有频率，容易引起物件共振噪声。在有适当的工作游隙时，电磁力波传递到端盖时有一定的衰减，端盖上的激振力较小，即当间隙过小时，激振力就变大。这就是很多槽配合不太理想的电机对轴承噪音比较敏感的原因。一旦轴承装配不当就会引起端盖等物件在定子(或转子)槽频率附近出现较大共振，引起噪声。
　　2.3机械加工因素引起的噪声
　　机壳、定子、转子、转轴、轴承室等的加工精度，包括同轴度、圆度等形位公差和尺寸公差，及表面粗糙度等，对ZZ终装配质量均有影响，即这些因素有可能导致机械噪音因素的叠加，使电机噪音的增大。如:设计的定子内圆公差为+0.20～+0.10，转子外圆公差为-0.10～0.20，实际加工时如分别取上下限值，则定转子之间的单面径向间隙为10～20μm。间隙的大小影响到电机噪音的大小，而且间隙过小时加上装配不同轴的话，还可能出现扫膛现象。
　　2.4其他因素引起的噪声
　　噪声产生还有另外一部分原因。如：在一般的情况下，机械噪声是电机噪声的主要来源。通常情况下，因散热需要，电机的密封性有限，致使在长期运转后，吸附的尘埃量会不断增加，影响了电机的散热性，运转时产生的热应力容易引起轴弯曲和位移，而轴的热弯曲和热位移又会增加电机的噪音。另外碳刷的振动、风扇高速旋转时产生的气流、电机的使用和维护不当等都会引起电机噪声。
　　3　降低电机噪声的工艺措措施
　　针对电机机械噪声产生的原因，笔者分别提出相应的工艺措施，借此抛砖引玉，共同探讨。
　　3.1转子机械不平衡产生的噪声控制方法
　　转子的不平衡量应尽可能减到Z小，否则平衡精度就低。平衡精度与电机的规格、性质和使用条件有关。例如：船用电机颠簸性大，运行时间长，振动和噪声要小，平衡精度要求较高。转子铁芯的直径与长度之比越大，离心力越大，平衡精度要高。转子的转速越高，平衡精度要求亦高。电机在使用时的基础状况，如轴承和各支持部分的刚性差，平衡精度要求高。
　　针对上述内容，提出几点有利的工艺措施来提高转子动平衡精度：(1)转子的加工必须保证满足设计的对称性和同轴度；(2)风扇和绕组支持的圆周及平面应尽可能都加工，以保证其同轴度，非加工面要保证光滑平整；(3)轴料加工前要检查，弯料要经过调直后才能加工；(4)转子的各部位所分布的不平衡量是不相同的，为了减小旋转时的离心力，必须选择2个校正面，为了获得较好的平衡效果，支点应尽量靠轴承档，校正面内的平衡配重量所在位置的半径应尽可能大，以减少配重量;(5)如使用风扇，其不平衡径向力，随转速和直径的不同而变化，因此在调动平衡时，平衡机的转速应尽可能高；(6)嵌线时，每极绕组的重量应当尽可能一致；浸漆时，对油漆的粘度、浸漆时间和方法、烘漆时间和温度等的控制应适宜，严格执行工艺规程，特别是油漆的调配，应视季节的变化而作适当调整，以保证漆层均匀、无漆瘤，转子采用立浸立烘；(7)硅钢片厚薄不均匀和毛刺大引起的不平衡，可在冲片冲制和铁芯叠压过程中严格遵守工艺规程和模具的维护规定，尽可能减小其不平衡量；(8)工艺装备的选用要能保证转轴、风扇、集电环、绕组支持和转子铁芯等在加工中的同轴度；(9)如需校平衡，平衡块加在风扇、平衡环、绕组支持上，保证整体的动平衡；(10)动平衡机的操作、维护等必须严格遵守相关的规定。
　　3.2降低轴承噪音的主要方法
　　(1)注意轴承的选择。大多数的电机轴承在运转过程当中，轴承的振动程度会随轴承内径的增加而增大，每增加5mm的直径，振动约增大1～2dB。
　　(2)注意轴承径向游隙的大小。过大的径向游隙会引起低频噪声升高，反之，过小的间隙则会导致高频噪声升高。为了减少轴承旋转时的振动与噪声，轴承径向工作间隙应控制在1～9μm范围内为宜。一般来说，电机轴承本身的振动噪声与电机整机要求的噪声大约相差10dB，即当电机所要求的噪声小于42dB时，轴承本身的噪声就应小于32dB。这一点应通过平常对轴承或电机整机的检验进行对比，对同规格型号的轴承应选择质量稳定、噪声值低的供应商生产的产品。
　　(3)对轴承适当加压。其目的是为了消除转子的轴向间隙。一般可以选用波形弹簧垫圈或者是三点式弹性垫圈，且置于轴伸端。
　　(4)对于噪声要求比较高的电机来说，就要选用低噪音轴承。当负载较小时，可以选用含油滑动轴承，它的噪声与同尺寸的滚动轴承相比一般可小10dB左右。
　　(5)同一台电机应选用同一厂家生产的同一批次的、同规格同型号的轴承来装配，避免混装。
　　3.3装配和机械加工因素控制噪声方法
　　(1)在装配转轴、轴承等时，宜放置在专用夹具上，避免径向敲打，轴向敲击时也不能直接击打轴端或轴承端面，不能野蛮作业、强制装配；装配轴承前，应对轴承进行清洗和消磁，装配时宜采用热胀法，并适量涂抹相应型号的润滑脂。
　　(2)对定转子、转轴轴承档和端盖轴承室的精加工工序应设立质量控制点，实施重点控制，加工精度尽量靠近公差带中间值;同时生产企业的工艺水平和生产设备及工装都必须能够保证机械加工的精度。要提高机械加工的质量，必须在质量控制点的设立和检测手段上都要有保证。
　　4　结语
　　总之，为降低电机噪声，除合理的设计外，制定和执行完善的工艺规程，进行严格的质量监测，科学地使用和维护，对人员、设备、材料、方法、环境、监测等影响电机质量的因素进行全面控制，使用时进行技术和设备的更新，采用先进的工艺方法和工艺装备，能确保电机噪音得到有效的控制。随着社会的进步和科学技术的发展，电机噪音研究及其降噪措施还待继续研究。
　　参考文献
　　[1] 魏涤非，戴源生. 电机技术[M]. 中国水利水电出版社，2004.
　　[2] 阎治安.电机学[M].西安交通大学出版社，2006.
　　[3] 旋转电机振动测定方法及限值(GB10068.1-2)[S].
　　[4] 旋转电机噪声测定方法及限值(GB10069.1-2) [S].

来源：《中国高新技术企业》 2010年27期