降低电机振动和噪声工艺措施的探讨

李峰 张冬妮

电机振动和噪声是衡量电机质量一项非常重要的技术指标。如何降低电机振动和噪声也是电机行业普遍存在的问题。本文从工艺方面入手，探讨如何降低电机振动和噪音。

一、引言

随着科学技术的发展和人们对环境舒适度要求的不断提高，噪声问题越来越受到人们的重视，同样，电机振动和噪声已成为考核电机质量的一项重要的技术指标，它反映了电机设计质量，工艺技术以及安装水平，如何降低电机振动和噪声是电机行业存在的一个普遍问题。

噪声主要来源于振动，要降低电机的噪声，就必须减小其振动，电机振动主要有电磁振动和机械振动两种，除设计因素外，工艺水平的高低对电机振动和噪声的控制也有着至关重要的作用。本文主要从工艺方面着手，探讨如何降低电机振动和噪声。

二、电机振动的形式

电机振动的形式主要有以下几种：

其中，定子铁心的振动主要是由于电磁力引起的，产生三角形、四边形、圆形等振型。定子绕组的振动主要是受到电流与漏磁通的作用力、转子磁拉力以及转子热胀冷缩力共同作用引起的。引起机座振动的振动源主要有两方面：一方面是由于定子铁心的电磁振动通过铁心和机座的连接传来，引起机座的倍频振动，另一方面是由于转子振动的激振力。引起转子弯曲振动主要有以下三个方面的原因：（1）转子质量不平衡引起的振动；（2）转子运行过程中的转子冷热不均匀及电磁不平衡引起的振动；（3）转子的固有振动特性；转子扭转振动主要是由于外界扭矩的瞬间变化引起的，可以产生累积疲劳破坏。轴承的振动主要是由于制造本身存在的缺陷以及安装工艺和配合不合理引起的。

从以上的分析可以看出，要从工艺方面解决电机的振动和噪音问题，主要是从电机转子的动平衡、轴承装配以及零部件的加工和安装等方面入手。

三、转子动平衡

（一）转子中不平衡量的来源

转子在设计上一般都使它相对于旋转轴线是轴对称的。但是由于在制造过程中工艺和材料本身存在的缺陷以及转子运行过程中等一系列因素，最后装配的转子基本上不能达到设计的要求，也就是存在一定的不平衡量，造成这种不平衡的主要因素有：

（1）转子材质的不均匀性。例如铸造件在铸造时存在气孔、砂眼。

（2）转子加工中总是存在一些圆度偏差和偏心，电机装配后，定转子之间气隙不均匀，产生的单边磁拉力引起的不平衡。

（3）回转部件上的非加工件，比如电枢绕组每个线圈的质量有差异，在转轴上引起不平衡的径向力。

（4）由于设计和加工的原因，转轴，风扇、绕组支撑和转子铁心存在一定的质量偏心。

（5）转子在运行过程中，由于温度升高、受力不均匀等引起的不平衡。

（二）不平衡量引起的转子振动

转子的不平衡将产生离心惯性力，这种惯性力将对支撑处的轴承产生动压力，降低轴承的使用寿命，产生有害的振动。

假如转子的形状及受力方式如图1所示：

转子转子的质量为M，不平衡量偏心距为e，当转子以等角速度 绕定轴旋转时，将产生的离心惯性力F。

1）转子为刚性時，旋转中没有弯曲变形，惯性力为 。

2）转子为弹性时，平衡离心力必然引起转子的弯曲惯性力为：

由（1-2）可见， 时，轴的弯曲挠度可看作正比于转速的平方，轴承力可近似看作角速度 的二次函数。

当 时，轴的弯曲和轴承力趋近于无穷大 ，此时称为转子的临界转速。

当 时，动挠度等于不平衡偏心距 ，此时两个轴承力的和为 。

从上面的分析可以得出：无论是刚性转子还是挠性转子，如果转子上不存在不平衡偏心距 ，则转子在旋转中不产生轴承力和轴的弯曲挠度，即弯曲振动。但是，这只是一种理想的情况，如果有零部件作旋转运动，就必然会产生离心惯性力，从而引起振动，产生噪音。

（三）改善措施

要降低转子的振动和噪音，必须提高转子的动平衡精度，在工艺方面主要从以下几点提高转子的动平衡精度。

（1）由于转子各部位的不平衡量的分配是不均匀的，为了减少旋转时产生的离心惯性力，必须选择两个面进行校正，动平衡试验时支撑支点尽量靠近轴承档。

（2）由于风扇在旋转时产生不平衡的径向力，并随直径和转速的不同而不同，所以在做动平衡实验时转速尽可能高。

（3）转子的结构设计和工艺要保证合理的同轴度和对称性。

（4）做动平衡试验时，工艺装备要保证和转轴、风扇等的同轴度。

（5）硅钢片薄厚不均匀和毛刺较大或者毛刺不均匀引起的不平衡可在冲片冲制和铁心叠压时严格遵守工艺流程减小其不平衡量。

（6）铸铝转子采用2次动平衡工艺。铸铝转子采用加垫圈校正不平衡量时，由于垫圈紧固使受力变形，从而使获得的精度受到不同程度的破坏。

（7）采用加重法校正转子动平衡时，最好采用焊接而不采用铆接。

四、轴承及装配

（一）轴承对振动的影响

对电机转子校动平衡后，能有效抑制电机的径向振动，但不能降低电机的轴向振动，所以，对于轴承引起的振动，主要考虑其轴向振动。

滚动轴承在工作时，既有滚动摩擦，又有滑动摩擦，滚动体在滚道上滚动时，滚动体及内外圈滚道的波纹度和不圆度等将引起轴承游隙的脉动，从而产生振动和噪音。

轴承和电机装配后，由于转轴轴承档和轴承内圈、轴承室和轴承外圈有一定的配合关系，会引起轴承游隙的变化。所以说工作状态的轴承游隙和轴承初始游隙是不一样的，游隙的大小直接影响到电机的振动大小。所以，控制轴承档和轴承室的公差，保证获得最佳的工作游隙是消除振动的一项重要的工艺措施。

（二）轴承内径和轴承档外径配合选择

由于轴承档对粗糙度和形位偏差的要求都比较高，一般采用磨削加工，它与轴承内径的配合是过盈配合，对轴承滚道的变形影响较小，可以通过改变轴承档的配合，调整轴承工作游隙。

将轴承内圈视为厚壁圆筒，采用热套法装配时，由于配合过盈量的存在，致使包容件外径增大，增大量按下式计算：

按照上次计算，当轴承内圈和轴承档的配合过盈量为10 时，轴承内圈外径的增大量为6.9～7.8 .

所以，在加工轴承档时，要将轴承档的上偏差缩小，缩小值为公差带值的40%。

（三）轴承室和轴承外径配合选择

一般而言，对于没有特殊要求的轴承室来说。轴承室的加工为车削加工，其精度和粗糙度都没有轴承档高。轴承室和轴承外径的配合不宜采用过盈配合，否则轴承室的几何尺寸都影响轴承外径外圈，进而影响轴承外圈的滚道，使滚道变形，从而影响轴承的寿命。

为了分析装配间隙状态，其间隙系数

式中

根据间隙系数的计算公式，H132以下电机轴承和轴承室的配合系数 ，配合面的压强近似等于零，对轴承外圈没有挤压。装配时可将轴承用力推入，个别较紧的可用木锤或者塑料锤轻轻敲入。

H160以上的电机，轴承装配难度较大，在相同的间隙系数下，应装配压力也较大。因此应具有较大的间隙系数。对此相应的工艺措施就是将轴承室的下偏差向上压缩，压缩量值为公差带的40%。

综上所述，除合理的电磁设计和结构设计外，采用合理的工艺措施对于降低电机的振动和噪声也是非常有效的。

参考文献

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