电机噪声的来源

电机的噪声根据其产生的原因分为两类: 电磁噪声和机械噪声。电机在设计时选择了较好的槽配合和斜槽及设计余量,...





电机的噪声根据其产生的原因分为两类: 电磁噪声和机械噪声。电机在设计时选择了较好的槽配合和斜槽及设计余量, 只要电机定转子的同心度能保证, 电磁噪音一般来说可以很好的控制。如何提高电机机械加工精度和装配质量, 降低机械噪声, 确保电机按高标准要求出厂, 满足用户要求, 是一个在设计和制造过程中必须考虑的问题。

1.轴承噪声产生的原因

轴承噪声是产生机械噪声的主要原因, 电机所采用的轴承为滚珠轴承, 一般资料表明滚珠轴承噪声比滑动轴承噪声大得多, 是电机中的一个重要声源, 来自滚珠轴承的噪声一般与下列因素有关:

(1)  轴承本身元件加工的精度。滚珠、内外圆滚道表面的波纹, 及由滚珠、沟道表面的损伤所引起的振动和噪声。

(2)  存在灰尘和外来物。

(3)  润滑状态。

(4)  转轴和外圈的固有频率。

(5)  轴承装配后在内部留有的总间隙。

(6)  密封圈或防尘盖与其他零部件摩擦引起的振动和噪声。

(7)  由轴承保持架所引起的振动和噪声。

(8)  负载和运行温升。

(9)  装配过程中轴承的受力情况。

2.噪音的分析与控制

2. 1 轴承的选择

上面轴承噪声产生的原因中, 第( 1) 、( 2) 、( 3) 、( 5) 、( 6) 条, 主要由轴承本身的质量来保证, 电机使用了低噪声、全封闭的专用轴承, 主要有 NTN 公司的 6205- 2Z, 及国产 D205Z1 电机专用轴承。轴承本身噪声控制在 35~ 37 dB( A) , 表 1 为轴承噪声对电机噪声的影响。一般来说, 在同样的轴承噪声情况下, 装配后, 国产轴承比进口 NTN 轴承噪声高 2dB( A) 左右。

电机编号  1 2 3 4 5 6

国产轴承本身噪声   35 37 37

进口轴承本身噪声   32 34 33

装配后电机噪声    67 69 69 63 65 63

表 1  轴承噪音对电机噪声的影响  dB(A)

2. 2 转子轴承档和端盖轴承室公差的选择

轴承噪声产生的原因中, 第( 4) 、( 7) 条主要由轴承的内、外圈与转子轴承档及轴承室之间的配合来决定。NTN 轴承标准工作游隙为 4~ 11 m, 工作游隙在原始径向游隙一定的情况下受两种配合的影响, 配合过紧, 使得工作游隙过小, 轴承转动不灵活,会发出高频啸叫声; 配合过松, 在起动和运行时产生嗡嗡的噪声, 严重的会造成转轴在轴承内圈中转动,或造成轴承外圈相对轴承室旋转。转轴与轴承内圈的配合, 经多次试验我们选用过盈配合; 轴承外圈与端盖轴承室的配合选用小间隙配合, 以不产生相对转动为限, 装配时轴承用手推入端盖轴承室即可, 轴承的配合情况见表 2。



表 2  轴承的装配尺寸 ( mm)

据实测, NT N 轴承内径公差尺寸一般在- 0.003~ - 0. 005 mm, 因此轴承挡与轴承内径最大过盈为 0. 018 mm,电机出厂噪音标准为 72 dB( A) , 在选择轴承时应注意国产轴承与进口轴承的差异, 进口轴承尺寸偏差控制得较好, 而国产轴承尺寸偏差离散性大, 一般偏下偏差。实践证明, 在轴承内径与轴承档配合为零时噪声最低, 也就是说若进口轴承尺寸偏差为- 0. 006~ - 0. 010 mm, 轴承档偏差最好为- 0. 006~ - 0. 010 mm。

2.3使用波形弹性垫圈



图 1 波形弹性垫圈与噪声的关系

由于不平衡力矩。电机轴向力的脉动性及轴向电磁力分量作用, 易引起转子轴向串动而产生嗡嗡的噪音, 为了降低这种噪声, 使用了波形弹性垫圈,借助于波形弹性垫圈在轴承上施加轴向预压力, 以减小由于松散的滚动元件运动不受约束而引起的振动, 并且对轴承的弹性性能有所改进。为了保证波形弹性垫圈能起到作用, 轴承外圈与轴承室应采用松配合, 使得轴承外圈在波形弹性垫圈的作用下能在轴承室中能自由移动, 在波形弹性垫圈弹性性能符合要求的情况下, 通过试验得出波形弹性垫圈被压缩 2/ 3~ 1/ 2 时对电机噪声控制最好( 见图 1) , 但此压缩量与波形弹性垫圈的弹性性能有关, 也与负载的轴向脉动特性有关。一般根据这个经验及电机轴向尺寸决定另一端调整垫圈的用量。

3.保持轴承的角度误差最小

实践表明, 轴承的角度( 图 2) 对机械噪声的影响较大( 图 3) , 由图 3 可见, ɸ 越大, 机械噪声越大。因此在实际生产过程中应保持轴承档台肩对轴肩的垂直度< 0. 02 mm, 转子加工结束时应专门增加一道工序修台肩面, 以减少轴承角度?, 此方法可使电机噪声降低 2 dB( A) 。



图 2 轴承的角度误差



图 3 噪声与角度误差的关系

4.装配质量对电机轴承噪声的影响及控制

在其它零部件均符合要求的情况下, 装配工艺及装配质量对电机轴承噪声影响也很大, 可能造成电机噪声超标。

4. 1 轴承的压装

一般转子压装采用的工艺是冷压装, 冷压装要求轴承压入轴承档时应压内圈, 轴承外圈及滚珠不受力。轴承与轴承室的装配时应采用间隙配合, 以保证装配过程中滚珠与内外圈之间不产生相互受力挤压而使轴承损伤。在一次装配电机时, 出现整批电机噪声超差, 更换低噪声轴承后仍不合格, 检查轴承室, 其公差均偏下差甚至超差, 造成轴承损伤, 更换端盖和轴承后问题得以解决。另外轴承冷压装改为热压装也可以降低电机噪声。

4. 2 端盖的装配

端盖装配时应将轴承轻轻推入, 注意端面和轴的垂直度, 拧紧螺钉时应均匀将 3 个螺钉拧紧, 以免轴承受损。电机装配完后, 应在无负载的情况下进行适当的跑合运转, 这样可以排除装配应力, 改善轴承的运转精度。

综合以上试验和分析, 要保证电机的噪声要求,我们西门子电机选用SKF 轴承, SKF电机轴承配备密封及终身润滑的轴承，无需补充润滑，因此电机被认为是免维护的; 装配过程中严格按工艺规程装配, 解决了电机噪声超标的问题。同时也为今后在设计、制造其他类型电机的过程中提供了宝贵的经验。



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