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如何从设计和制造环节抑制电机的机械噪声

2019年06月12日 13:32:24 中国传动网

电机机械性噪声产生的原因很多,现在从电机设计与制造角度来讨论如何抑制或改善电机的机械性噪声。

1、电机轴承噪声的降低

采用优质轴承,精选轴承型号与尺寸,适当的轴承部件设计,提高与轴承相配合的零部件的制造精度,合理选择配合等级,以及整洁的安装环境,文明的安装工艺等,对降低电机的振动和噪声都有显著效果。目前,在大型电机或分马力及以下微电机中,一般趋向于采用滑动轴承,特别是微电机,其大多数要求低噪声,而采用高精度滚动轴承成本太高。近年来开发的粉末治金含油轴承能保证轴承噪声不大于40dB,甚至达到30dB。

 电机轴承1.png

对于滚动轴承可以采取下列措施来降低其噪声:

●采用弹簧圈(例如波纹弹簧),给轴承施加轴向预压力,能减少由于滚动元件运动不受约束而引起的振动。但是,波纹弹簧必须具有足够推力去跟踪轴向振动的激励,不能太硬,它作用于轴承外圈上的力应当比较均匀等等,否则可能起相反作用或不起作用。轴向预压力的最佳数值可由实验确定。实验数据表明,当轴向预紧力为196-490N时,振动速度较低。

●在支承装置中增加弹性减振器。通常,这有助于降低频率高于几百Hz的振动和噪声。

●选用具有由合成塑料制作的保持器或者坚固的机械保持器的轴承,这些轴承在高速运转时比较安静。

●采用具有护罩或密封垫的轴承,以防止污物或外来物侵入轴承。

●轴承外圈的固有频率应使与支承构件的固有频率失谐。

●选择合适的工作游隙。从噪声角度,工作游隙比之轴承的波纹度、粗糙度,电机的加工精度、配合公差和安装工艺等影响都是次要的,但它应有一个相对的最佳值范围。

2、电刷——换向器噪声的降低

在一定的运行环境中,合理的设计能够减少电刷噪声。为使噪声最小,电刷伸出刷盒的最佳长度(以碳刷中心线计算)范围为2~4mm。电刷噪声随电刷压力的变化而变化,并且最佳的压力是0.0392~0.0490MPa;电刷与刷握之间的间隙为0.2mm时,噪声最小。

为使大电机或小型高速电机的电刷——换向器噪声最小,制造厂还必须进行一系列的实验,从噪声角度来选用合适的电刷材料以及符合噪声技术要求的电刷装置参数。

对于中型和大型电机,控制电刷——换向器噪声的一种方法是在换向器端装用密封罩。

3、转子不平衡噪声的降低

降低由于转子不平衡引起的噪声,关键在于提高校动平衡的精度,或限制转子不平衡量于合理限度。国际标准化组织(ISO)颁布过不同电机转子的最经济合理平衡品质等级及相应的单位转子质量(kg)允许的残余不平衡量。一般地说,提高转子动平衡精度有可能使噪声降低3~5dB。

技术文件规定了允许每单位转子质量的残留不平衡值或允许的总偏心值。转速越高,要求越严。但此规定仅适用于“刚性”转子,即指运行转速远低于其第一临界转速的转子。对于实际的“挠性”转子,即指运行转速介于其第一与第二临界转速之间的转子,其允许总偏心值还应小些。

还可以指出,对于一台完全平衡的电机,如果与其它设备成套,则由于轴系联接后,轴承支承的刚度和振动形式的变化以及其它原因,例如,被连接的设备本身不平衡、没找好中心等,仍可能发生不许可的振动与噪声。因此,应当对整个转动系统在实际运行状态下进行校动平衡工作。

此外,还应注意平衡的稳定性,尤其运行发热后的稳定性。同时,也不可忽视同轴上安装的其它部件如风扇、键等的动平衡。2极汽轮发电机的转子,由于开槽嵌放绕组,两个主轴线的抗弯刚度不一致,在这种情况下即使转子校了平衡往往还不能完全消除具有两倍转子旋转频率的机械噪声。特别是,如果轴承支承座或某些构件的固有频率等于或接近于两倍转子旋转频率时,则该频率下的噪声和振动可能高到不允许的程度。

4、空气动力噪声的控制

●风扇噪声的控制。电机中风扇由于受空间限制,不能装用某些提高其效率的附加元件,效率较工业风机低得多,噪声则高些。原则上,降低电机通风噪声可以从降低风量、减少风阻、提高效率(从风扇型式等着手),以及可能时减小风扇直径和转速等方面努力。如:(1)风扇叶片采用不均匀间距风扇叶片采用不均匀间距,可以减少当均匀时所引起的有规律的压力扰动强度;(2)风扇叶片采用多孔材料;(3)采用特殊风扇——转子联接器。变速电机的风扇在低速时,供给足够的冷却空气,在高速时冷却空气则会过量,因而就加大了空气动力噪声。采用转子联接器,可以使风扇转速不变。

●空气动力噪声的控制。在中型和大型电机中,冷却空气通过轴向上对齐的定、转子风道时可产生汽笛噪声;减少这种噪声的一种有效方法是在定子径向风道口附近放置吸声材料。

汽笛噪声还可以由例如高速感应电动机转子导条与定子绕组端部之间的间隙等其它原因所引起。采用封闭罩或闭路通风系统,可使主要噪声降低达20dB或更多。但要考虑由于罩壁的反射作用,罩内的声压级将高于无罩时在同一点的数值。

●对空气入口和出口处噪声的控制。采用吸声材料制作的消声器来降低空气入口和出口处动力噪声,在许多情况下都是非常有效的。我国中型新系列电机,其单位质量的功率有较大幅度的提高,因此必须增加冷却空气的流量。强化通风必然导致电机通风噪声的增大。为此在箱式结构的防滴式中型高压电机上部加装了消声罩。


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供稿: 电机技术日

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