關(guān)于電機噪聲和振動的探討

周 俊， 黃先鋒

(1. 南通大學(xué) 電氣工程系,江蘇 南通 226019；2. 上海電科電機科技有限公司,上海 200063)

關(guān)于電機噪聲和振動的探討

周 俊1， 黃先鋒2

(1. 南通大學(xué) 電氣工程系,江蘇 南通 226019；2. 上海電科電機科技有限公司,上海 200063)

電機的噪聲和振動不僅不利于環(huán)保，而且會影響電機的可靠性和安全性。從電機的設(shè)計和工藝兩方面闡述了如何有效降低電機的噪聲和振動，并列舉了電機生產(chǎn)過程中部分可能遇到的影響電機噪聲和振動的具體問題。最后對其中某些重要部分進行了分析，希望能夠給電機設(shè)計和生產(chǎn)人員提供一定的參考。

電機; 噪聲; 振動

0 引 言

隨著節(jié)能和環(huán)保要求的提高，使用者對電機噪聲和振動要求越來越高。電機噪聲和振動產(chǎn)生的原因很多，從設(shè)計到制造，很多環(huán)節(jié)處理不好都有可能產(chǎn)生噪聲和振動，進而影響電機的運行性能和使用壽命?？傮w來說，影響電機噪聲和振動有幾個方面的因素： 首先是電機電磁設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計[1-2]；再者是電機零件的加工工藝。這中間牽涉到很多設(shè)計和生產(chǎn)制造的細節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)處理不好，都會造成電機噪聲和振動的超標(biāo)[3-5]，進一步影響電機的運行性能和使用壽命。

1 電磁設(shè)計

電機電磁設(shè)計時若是繞組參數(shù)設(shè)計不好，定轉(zhuǎn)子槽配合不當(dāng)，會在高頻段產(chǎn)生電磁噪聲；電機轉(zhuǎn)子斜槽度不夠、槽配合不當(dāng)?shù)?，還會導(dǎo)致電機機殼出線盒處噪聲和振動加大。一般來說統(tǒng)一設(shè)計的產(chǎn)品問題不會太大，因為通過樣機試制基本能夠達到設(shè)計要求。Y系列曾有幾個規(guī)格主要是槽配合問題致使磁場諧波分量加大，電磁噪聲超標(biāo)，振動也大，后通過調(diào)整設(shè)計和驗證解決了該問題。經(jīng)歷了Y2、Y3、YX3、YE2、YE3等系列電機設(shè)計，電磁設(shè)計比以前更加成熟。特別是YX3設(shè)計時，專門對電磁繞組設(shè)計進行了研究，YE2、YE3設(shè)計時，專門針對槽配合進行了研究，在這方面的問題就更少了。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計首先是提高電機結(jié)構(gòu)的剛性，可以有效地避免噪聲和振動。剛性不夠的電機結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)共振的機會很大。Y系列、Y2系列機殼端蓋剛性均不夠，比較單薄，電機的剛性不夠致使在低頻產(chǎn)生電磁噪聲。軸承室的厚度要增加或其圓周上的加強筋要增加、加強，起碼6根，9根將更好，如日本電機的端蓋重量要比國內(nèi)的重近1/3還多，就是為了解決電機剛性不夠的問題。Y3以后的電機設(shè)計都對端蓋進行了加強，H250以上的電機端蓋，都設(shè)了9條加強筋，H250以下的端蓋6條，對機座和端蓋都適當(dāng)進行加厚設(shè)計，使振動速度值都降低了。

在定子接線處開天窗、無過渡連接筋，會造成電機振動加大，故很多廠家將鋁殼電機的端蓋改為鑄鐵的。還有就是電機風(fēng)扇和風(fēng)罩的設(shè)計影響。風(fēng)扇葉片的形狀不良，葉片與導(dǎo)風(fēng)圈的間隙太小，以及風(fēng)葉采用偶數(shù)，會產(chǎn)生共鳴，而出現(xiàn)笛聲；電機風(fēng)扇選型不當(dāng)會引起渦流噪聲；風(fēng)扇制造產(chǎn)生的不平衡會使電機振動增大。這些問題在YX3設(shè)計時進行了研究，重新設(shè)計了風(fēng)扇葉片的形狀、尺寸和片數(shù)。YX3比Y2電機風(fēng)扇外徑縮小了20mm，風(fēng)罩也進行了相應(yīng)的設(shè)計，兩者配合，不僅提高了效率，也降低了噪聲。噪聲數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 噪聲數(shù)據(jù)對比

YE3設(shè)計時，又對Y、Y2、YX3外風(fēng)扇進行有限元分析計算對比，調(diào)整外風(fēng)扇設(shè)計，進一步降低了外風(fēng)扇帶來的噪聲和振動。

3 電機軸向竄動對電機的噪聲和振動影響

電機軸向竄動會使電機的噪聲和振動變大，危害設(shè)備，降低使用壽命。

減小電機竄動裕量，提高軸向尺寸的精度，對減小電機的噪聲和振動是有效的。在軸承外沿和端蓋之間加波形彈簧片進行調(diào)整、避免電機受軸向力、定期檢修等措施可以預(yù)防電機竄動。

波形彈簧片規(guī)定放在后軸承室，工作有效高度和彈性都要符合要求。為了解決軸向竄動，方案之一是在前側(cè)軸承室加一個O形耐油彈性橡膠圈，抵住前軸承外緣，以減小軸向竄動帶來的噪聲和振動。為此在前軸承室，要留好相應(yīng)的尺寸，與O形彈性耐油橡膠圈的尺寸相配合。

另一有效的方法是雙軸承單支點固定法。對開式軸承室小的電機，仍然采用后波形彈簧片，前加O形彈性橡膠圈的方法。對于閉式軸承室的電機，根據(jù)電機規(guī)格大小，在后軸承外，貼軸承內(nèi)緣處開一卡簧槽，用相應(yīng)尺寸的卡簧卡住軸承，防止轉(zhuǎn)軸對裝好的軸承內(nèi)緣因安裝或運轉(zhuǎn)帶來的可能竄動。根據(jù)軸承室寬度和軸承的寬度，調(diào)節(jié)軸承內(nèi)外蓋止口的高度尺寸，使兩軸承蓋止口內(nèi)緣貼近軸承的外沿，起到鎖定軸承外緣的作用。這樣就可以把波形彈簧片取消，而成功鎖定電機后軸承，使整個轉(zhuǎn)子的軸向竄動減小，以此來減小噪聲和振動。這樣雖然前后電機軸承內(nèi)外止口高度不一樣，給生產(chǎn)和配件管理帶來影響，但對減小軸向竄動非常有效，如圖1所示。

某電機廠H250-280電機空載軸承有哨叫聲，測量振動超標(biāo)，經(jīng)查，工人操作中取消了波形彈簧片。后經(jīng)補加波形彈簧片，哨叫聲消失。但振動依然超標(biāo)，根據(jù)以上方法進行了改進，改進后振動符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如表2所示。

表2 改進后的振動

4 電機裝配工藝(包括部件裝配)對電機噪聲和振動的影響

電機裝配，是對配件生產(chǎn)過程的總檢。如轉(zhuǎn)軸軸承擋與軸承內(nèi)徑的配合，機座止口與端蓋止口的配合，端蓋軸承室與軸承外徑的配合，定轉(zhuǎn)子鐵心是否錯位，定子壓入機殼是否過盈太大等。這些不但影響電機的噪聲和振動，還影響電機的運行性能，因此必須引起足夠的重視。

圖1 雙軸承單支點固定法

電機裝配有部件裝配和整機裝配。如軸承的裝配，有熱套和冷壓。熱套又有三種，一種用變壓器油或機油加溫，溫度不能超過100℃。因超過100℃軸承表面奧斯體金相組織要發(fā)生變化，硬度要降低。而且還必須清洗，因為變壓器油將使軸承的球與溝道燒焦(發(fā)黑)，對噪聲和振動也有影響。另外就是用感應(yīng)加熱器或烘箱直接加熱，用烘箱加熱要嚴格控制溫度，用感應(yīng)器加熱要嚴格控制電流大小。溫度不要太高，建議加熱溫度低一點。熱套后，液壓機輔助壓到位。關(guān)于對開式軸承的初始加油問題，一般技術(shù)要求是加1/3～2/3，實際上應(yīng)該根據(jù)所加油脂不同，考慮是加滿還是按書上說的要求加。建議加高溫鋰基脂或者根據(jù)軸承廠所加的油脂，取上限。加1/3～2/3油脂量是對軸承廠生產(chǎn)封閉軸承時的加油要求。轉(zhuǎn)子鐵心的裝配，也分冷壓和熱套。無軸轉(zhuǎn)子串軸時，若軸孔太粗糙最好用拉刀對內(nèi)徑拉(推)削處理，轉(zhuǎn)軸鐵心擋最好做磨削加工，以免由于過盈太大把轉(zhuǎn)軸壓彎，使串軸后的轉(zhuǎn)子兩邊氣隙均勻。

在整機裝配時應(yīng)考慮機座止口公差和端蓋止口公差、軸承室公差和軸承外徑公差、軸承內(nèi)徑公差和轉(zhuǎn)軸軸承擋公差的配合，這幾個的累積公差應(yīng)盡量小；還要考慮機座、端蓋、軸承室、轉(zhuǎn)軸的同心度。裝配時不能用鐵榔頭直接敲套，應(yīng)用過渡引套，更不能四面敲擊，這樣做會使軸承室變大致使軸承跑外圈?，F(xiàn)在已有專用的端蓋壓裝機，效果不錯，必要時可以用木榔頭或橡膠榔頭輔助裝配。

5 結(jié) 語

電機的噪聲和振動歷來是電機質(zhì)量考核的重要指標(biāo)，對電機運行和使用壽命影響很大，特別是近年來對環(huán)保要求越來越高，電機噪聲問題也要求越來越嚴。電機技術(shù)和生產(chǎn)工藝也在不斷進步，只要從電機電磁和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計開始，盡量避免噪聲和振動的產(chǎn)生，再結(jié)合制造工藝的改進和控制，配合金加工設(shè)備的進步和精度的精益求精，電機的噪聲和振動就會得到良好的控制，電機質(zhì)量會進一步提高。

[1] 陳世坤.電機設(shè)計[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 黃國治，傅豐里.Y2系列三相異步電動機技術(shù)手冊[M].北京： 機械工業(yè)出版社，2004.

[3] 陳治宇，黃開勝，陳風(fēng)凱，等.基于TB6556FG的降低無刷直流電機噪聲的設(shè)計[J].電機與控制應(yīng)用，2014，41(2)： 23-26.

[4] 馬大勇，孔逸明，張海波，等.三相異步電動機由50Hz改用60Hz電源時的噪聲探討[J].電機與控制應(yīng)用，2014，41(5)： 62-64.

[5] 周玲慧，向善海，陳華.高效高功率密度低噪聲電機研究[J].電機與控制應(yīng)用，2015，42(7)： 71-74.

Discussion on Motor Noise and Vibration

ZHOUJun1,HUANGXianfeng2

(1. Department of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong 226019, China；2. Shanghai Dianke Electronic Technology Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

Motor noise and vibration are not only not conducive to environmental protection, but also affect the reliability and safety of the motor. How to effectively reduce the noise and vibration of the motor from the two aspects of the design and process of the motor was expounded, and the specific problems of motor noise and vibration effect of motor production process may be encountered were listed, and some important parts were analyzed, hoping to provide some reference to motor design and production personnel.

electric motor; vibration; noise

周 俊(1981—)，女，碩士研究生，講師，研究方向為電能質(zhì)量管理、無功補償、諧波檢測、EDA技術(shù)等領(lǐng)域。

TM 311

A

1673- 6540(2016)12- 0068- 03

2016-08-15