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降低电机机械噪声工艺措施的探讨
电机噪声可以分为三大类:电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声,其中机械噪声往往是电机噪声的主角。机械噪声是伴随着电机振动产生的,电机机壳表面的振动、机壳与基础之间连接零件的振动、电机内部转动和连接的部件及其结构的振动均是产生机械噪声的来源。其主要由滚动轴承、转子不平衡以及直流电机电刷装置的振动引起,针对不同原因引起的机械噪声采取适当的工艺措施,可以有效的降低电机的机械噪声,使电机达到有关产品的高标准要求。
1、滚动轴承引起的振动
由于轴承随电机转子一起旋转,组成轴承的各个部件（滚珠、保持架、内圈、外圈）之间有间隙,在旋转时会互相碰撞,产生振本文由论文联盟http://收集整理动和噪声,在许多类型的电机中,滚动轴承是最强烈的振动源,且从低频到高频在很宽的频带内引起振动。这除了和轴承本身的制造质量有关外,还和轴承配合面的加工精度及轴承的装配质量有关,因此,电机制造时,可采取以下工艺措施:
(1)保证电机轴、轴承、端盖、机座各个配合面的同轴度,这不仅能减小滚动轴承引起的振动,还能减小气隙偏心对振动的影响。其中轴的两轴承档及其轴伸位置采用中心孔定位一次装夹精磨成型（直流电机可在电枢浸漆后再采用中心孔定位将电枢铁心外圆、轴伸档、两轴承档一次装夹磨加工成型）;端盖的轴承室和止口尺寸应采用一次装夹精车而成,轴承室应留0.01～0.02mm余量以便在精车之后进行衍磨;机座则采用先加工底脚平面,再以底脚平面为基准加工两止口和铁心档内圆,为了保证中心高可再增加一道精铣底脚的工序（在粗铣时留出加工余量）。wWw.11665.cOm为了使电机的磁极贴紧机壳,定子可采用预先装配,整体浸漆,再精加工止口及止口平面的方式消除磁极与机壳因贴合不紧而产生的振动和浸漆高温使机座变形情况。如果是批量生产,电机总装配时还应进行配对装配。即将所有记录好的机座止口尺寸与端盖止口尺寸进行比较,挑选配合尺寸最理想的机座与端盖组合成一台,如此将所有的部件配对组合装配,能更好的保证电机的同轴度。
(2)保证轴承配合部位配合面的光洁度以及轴承必要的径向工作间隙。轴的轴承档及端盖轴承室的公差与配合表面加工粗糙度要求应严格符合所选轴承等级国家标准的要求。有资料表明,轴承的径向工作间隙应控制在3～9μm的范围内,过大的径向间隙会导致低频部分的噪声增加,过小的径向间隙会引起高频部分的噪声增加,因此,应根据此径向工作间隙及轴承的原始游隙的差值来确定轴承内圈和轴承档的配合,较大的过盈量会使轴承内圈变形,使轴承的原始游隙减小,形成实际的工作间隙。
(3)选择密封的低噪声轴承。轴承本身的噪声可以采用轴承噪声测试仪表鉴别,应能防止灰尘、水分、酸的蒸汽侵入,对振动噪声要求高的电机应选用密封良好的低噪声轴承。
(4)保证正确的装配方法。采用不同的方法将轴承装配到轴上对轴承噪声的影响也不同,试验表明,热套是目前最理想的方法,装配前,先将轴承加热,温度以不超过100℃为宜,保温一段时间,使轴承受热均匀,然后再进行装配,此种方法使轴承的变形最小,对轴承噪声的影响也最小。
2、转子不平衡引起的振动
虽然转子严格按图样和工艺的要求加工制造但也无法保证其绝对的均匀性、对称性和同轴度,因此转子是不平衡的。
转子的不平衡分为三种,即静不平衡、动不平衡和
混合不平衡。混合不平衡是实际中最常遇到的,试验证明,转子校动平衡后也会将静不平衡基本消除,因此,转速较高的电机,转子必须校动平衡,用加重或去重的方法来消除转子的不平衡。对于低噪声电机的转子平衡精度要求会更高,需使用精度等级高的动平衡机,且须将残余不平衡量校到最小,生产中某些有特殊要求的电机校到了十几毫克·厘米。由于电机装配时各个配合面存在尺寸偏差和形位公差,装在整机上的转子的动平衡会发生变化,因此噪声振动要求高的电机还需在电机装配完成后用现场动平衡仪对转子再校动平衡,可在电机轴上安装配重盘进行配重,配重时,应注意将电机运转在额定转速。通过采用该方法,可将由动不平衡引起的振动降低20db～30db左右,最多可将由动不平衡引起的振动降低20db,效果非常显著。
3、直流电机电刷装置的振动
正常情况下,直流电机电刷的噪声表现为“沙沙”声,很容易将其与电磁及空气动力引起的噪声相区别,当用振动频谱分析仪进行测量时,可以发现,在由（换向器片数×转速÷60）计算出的频率点上出现较高振动峰值,该振动主要由换向器表面质量及换向器跳动、电刷质量等引起。我们发现,电机运行过程中换向器会逐渐失去自己原有的颜色,这是由于换向器表面产生了的氧化铜层与粘附在表面的碳粉层组成的薄膜所形成的,碳粉层因电刷磨损形成,这种磨损随电流负荷而增加,负荷越大,换向器表面的碳粉层就形成的越好,这种碳粉层的产生可降低噪声和振动,在不影响换向性能的前提下,使换向器表面稍有些粗糙对改善电刷的噪声是有益的,因为它能帮助换向器表面粘附碳粒;换向器圆度不够也是产生电刷噪声的主要原因,在高转速和热态下换向器更容易产生变形,对要求高的低噪声电机,更要严格控制好换向器的圆度,因此在换向器的制造工艺中应增加一道回转加热的工序,即换向器在装配并半精车外圆表面之后,应进行回转加热,使换向器在比工作条件更为严酷的条件下,进行一次烘压成型,同时检验换向器质量要求。回转加热分动压和超速试验两个步骤,动压是换向器一边旋转一边加温并保温的过程,当进行完热态超速试验时应立即测量换向器的径向跳动值,与冷态测量值进行对比,以不超过规定值为合格,当超过规定值时,应重新精车换向器工作表面,再进行动压试验,直到合格为止,若换向片凸出严重,必须将换向器放回烘箱加热,再进行热压和冷压一次,并再拧紧螺钉或螺帽,然后精车外圆,重做动压试验直到合格为止。有时换向器在冷态和热态下所测量的跳动值都合格,但电机在该点的振动值却不合格,有可能是因为换向器在动态下产生变形所致,也可将换向器在烘箱内加热并保温一段时间,再趁热将换向器固紧螺帽或螺钉拧紧,再精车换向器。为了减小电刷振动对机座的传递,可在电刷的刷辫端加垫橡胶垫,使电刷弹簧压在橡胶垫上。此外,还可以采取改变电刷的压力、电刷的种类、刷架结构刚度等措施。
4、结语
降低电机的噪声是一个综合的工程,虽然目前我们可以借助频谱分析等手段对电机某些典型的可计算的频率点的振动和噪声进行分析,从而采取相应的措施来有效的减小噪声和振动,但并不能用此来分析所有产生振动和噪声的原因,也没有方法确定所有拟定的措施能达到所希望的降低噪声的效果,这就更需要电机科技工作者们不断地探索和研究,进行科学合理的设计和采取科学合理的工艺措施,严格按图样和工艺生产制造,使电机的噪声得到更好的控制。
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