电机振动与噪声的分析

电机的振动及噪声

1、概述

噪声干扰人们正常谈话，降低人的思维能力，使人疲劳，并影响人睡眠、休息和工作，长期生活在大噪声的环境中，不仅可使人耳朵由痛感，还使人的听觉受到损害，甚至会发生昏厥和引起神经系统疾病。而振动是噪声的来源，我们在控制噪声的同时也同样抑制了振动，所以在分析电机的噪声时，总是结合电机的振动一起来描述。

为了保证人们有一个合理的生活、工作环境，各国都制定了法规以限制噪声的污染。我国在1988年参照国际标准ISO1680.2（1986）《声学——旋转电机辐射空气噪声的测定之第二部分简易法》和ISO 3746（1980）《声学——噪声源的声功率级测定：简易法》制定了GB10069.2-88《旋转电机噪声测定方法及限值：噪声简易测定方法》。

电机噪声主要来自三个方面，即空气噪声、机械噪声和电磁噪声，但有时也会将电路内部噪声列入噪声源之一。电路内部噪声主要来自电路自励、电源哼声以及电路元件中的电子流起伏变化和自由电子的热运动。

2、电机噪声和振动及抑制措施

（1）空气噪声

空气噪声主要由于风扇转动，使空气流动、撞击、摩擦而产生。噪声大小决定于风扇大小、形状、电机转速高低和风阻风路等情况。

空气噪声的基本频率fv：fv=Nn/60(HZ)

其中，N——风扇叶片数 n——电机转速（RPM）

风扇直径越大，噪声越大，减小风扇直径10%，可以减小噪声2—3dB。但随之冷量也会减少。当风叶边缘与通风室的间隙过小，就会产生笛声(似吹笛声)。如果风叶形状与风扇的结构不合理，造成涡流，同样也会产生噪声。由于风扇刚度不够，受气流撞击时发生振动，也会增加噪声。此外，转于有凸出部分，也会引起噪声。

针对以上产生空气噪声的原因，则下列措施有助于减小空气噪声：合理地设计风扇结构和风叶形状，避免产生涡流；保证风叶边缘与通风室有足够的间隙，在许可情况下，尽量缩小风扇直径；在许可情况下，将气流转向后再吹(吸)出，可明显降低噪声，此在吸尘器中已有采用；保证风路通畅，减小空气的撞击和摩擦。

如果从声源方面还不能控制通风噪声时，就要采用隔声或用消声的方法，还可以在定子径向风道口附近防置吸声材料。最简单也是最有效的隔声方法是用钢板、木板或塑料板制成的隔声罩，把整个电机包围起来，可降低噪声20分贝左右，当然这对整体三热是不利的，而且所占用的空间也比较的大。

风叶的兜风角度对噪音影响较大，角度加大5到10度噪音可减少1到2db.

（2）机械噪声

机械噪产主要包括轴承噪声、转子不平衡及碳刷与换向器摩擦所引起的噪声。

轴承噪声 滚动轴承由轴承内圈、滚珠、滚珠保持架和轴承外圈组成。轴承外圈不转动，轴承内圈合转子一起旋转，而滚珠在轴承内圈的滚道和轴承外圈的滚道及保持架中滚动旋转，保持架又被滚动旋转着的滚珠带动旋转。所以轴承噪声主要由下列频率的噪声组成。

转子的旋转频率 ：fa=n/60(Hz)

则滚珠的旋转频率：fbb=(1/dr)·(d1d2/(d1+d2))·n/60(Hz)

式中：dr——滚珠直径(mm)

d1——轴承内圈滚道的直径(mm)

d2——轴承外圈滚道的直径(mm)

保持架的旋转频率 fbs=(d1/(d1+d2))·(n/60)(Hz)

而轴承内外圈滚道中的波纹、凹坑、超糙度是引起噪声的主要原因。试验表明，噪声声压级与滚动面的波纹高度和波纹数的乘积成正比。此外，径向游隙的大小，也影响噪声，减小径向游隙，可降低噪声，但是径向游隙小的轴承要求配用在两轴承室同心度高的机壳和端盖，并且对转子同轴度的要求提高。

同时润滑脂质量的优劣也是影响噪声的主要原因。噪声与润滑脂的粘度有关，试验表明，噪声随粘度增大而减小，但粘变增大到一定数值后，噪声反而增大，这是因为油膜对振动有援冲作用，粘度大、噪声低，但当粘度过大，转动时出现搅拌声。

安装误差对轴承噪声的影响。轴承的安装误差超过某一临界值会使轴承噪声急剧增大，而临界角随轴承径向游隙减小而减小。图一表示某单列内心轴承在不同径向游隙时安装误差角对噪声的关系。

综上所述，为足够降低轴承噪声，则需要保证轴承内外圈滚道的精加工质量，在可能的情况下采用小的径向游隙，以及选用上好的润滑脂及合适的粘度，控制轴承工装误差角在临界角以下，同样可以降低滚动轴承的噪声。

在电机结构中采用波形弹簧对轴承外圈施加一个轴向预紧力，可以减消频率在400Hz左右的嗡嗡声。因为电机转动时，轴承由于没有预紧力的作用，轴承内的钢球处于自由状态就会发生自由振动，这种振动是随机的，而且它还可能与保持架、套圈等发生碰撞而产生附加噪声。如果用波形弹簧对轴承外圈增加一个预紧力，它适当地调整了轴承的，当有轴向分量时弹簧对其有阻尼作用而使振动减小，从而减弱钢珠的自由振动，从而削弱了附加的噪声。

用滑动轴承代替滚珠轴承是降低轴承噪声的最有效的办法，粉末冶金含油轴承以结构简单，造价低，噪声小，频谱均匀而且比较稳定，逐渐被引入到噪声要求低于40分贝以下的微电机。但这类轴承采用的多孔体结构，容易产生漏油现象，从而影响其润滑性，而且它的负荷能力比相同外径的滚动轴承要小一些，而且如果轴与轴承内孔表面精密度低、粗糙度大、孔隙率大，供油不足以及铁铜基石墨含油轴承中的游离渗碳比例过多，分布不均匀，造成个别硬点，也将产生某些高频噪声。

转于不平衡引起的噪声 高转速电机的转子必须严格的进行动平衡校验，以减少转子残余不平衡量，转子不平衡噪声的频率等于转子旋转频率fa。虽然频率不高，一般在400Hz以下，但由于引起电机振动，从而使各部分的噪声增大。当转子的动平衡精度达到G 6．3级时，转子不平衡所引起的噪卢和振动都能显著地得到改善。

碳刷与换向器摩擦所引起的噪声 由于电刷压在旋转的换向器上而产生摩擦噪声。一般电机大多采用半塑料换向器，换向器表面的圆度不好，片间云母因下刻而略下凹，从而使摩擦噪声增大，并使噪声的频率提高。换向器圆度不好以及换向片表面不平使噪声增大。

碳刷与换向器摩擦噪声的频率：fk=k(n/60)(HZ)

式中：k——换向片数

此外，碳刷座结构不够牢固，从而引起周期性振动也会使噪声增大。

综上所述，严格控制换向器的圆度，保证表面良好的光洁度和跳动，以及采用坚固牢靠的碳刷座结构，都能降低电刷和换向器摩擦所引起的噪声。

（3）电磁噪声

作用在电机定、转子空气隙中的交变电磁力会使电机定转子产生振动及噪声。由于气隙磁场不仅有基波而且还有一系列高次谐波存在，这些磁场相互作用将产生周期性的作用力，基波及高次谐波电磁力均会引起振动及噪声。电磁声频率分布大多在100-4000Hz之间。振动及噪声强度的大小与电磁力的大小和定子、转子刚度有关。当激发振动的电磁力与振动的零部件的自振频率相吻合时，将会产生共振，振动及噪声也将显著增加。电磁力有径向分量和切向分量，电磁力径向分量在引起电机振动及噪声方面起主要作用，它使定子铁心产生径向振动，径向振动产生的噪声为电机电磁噪声的主要成分。在采用单数槽转子冲片时，槽致噪声成为电磁噪声的最主要部分。电机运行过程中，单数槽的转子铁芯周期性地受到单边磁拉力的变化所产生的，其原因可通过图一来解释。

在 图二(a)中，上磁极极弧下覆盖三个转子槽，而下磁极极弧只覆盖两个转子槽，此时上部磁拉力大，下部磁拉力小，使定子铁芯有向上移动的趋势。当转子转动半个 …… 此处隐藏：2382字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……