電機(jī)的空氣噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲

2017-07-03  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

來源:文檔下載網(wǎng),原題《電機(jī)振動(dòng)與噪聲分析》

電機(jī)噪聲主要來自三個(gè)方面,即空氣噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲,但有時(shí)也會(huì)將電路內(nèi)部噪聲列入噪聲源之一。電路內(nèi)部噪聲主要來自電路自勵(lì)、電源哼聲以及電路元件中的電子流起伏變化和自由電子的熱運(yùn)動(dòng)。

空氣噪聲的基本頻率fv:

其中,N——風(fēng)扇葉片數(shù);n——電機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)。

風(fēng)扇直徑越大,噪聲越大,減小風(fēng)扇直徑10%,可以減小噪聲2—3dB。但隨之冷量也會(huì)減少。當(dāng)風(fēng)葉邊緣與通風(fēng)室的間隙過小,就會(huì)產(chǎn)生笛聲(似吹笛聲)。如果風(fēng)葉形狀與風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)不合理,造成渦流,同樣也會(huì)產(chǎn)生噪聲。由于風(fēng)扇剛度不夠,受氣流撞擊時(shí)發(fā)生振動(dòng),也會(huì)增加噪聲。此外,轉(zhuǎn)于有凸出部分,也會(huì)引起噪聲。

針對(duì)以上產(chǎn)生空氣噪聲的原因,則下列措施有助于減小空氣噪聲:合理地設(shè)計(jì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和風(fēng)葉形狀,避免產(chǎn)生渦流;保證風(fēng)葉邊緣與通風(fēng)室有足夠的間隙,在許可情況下,盡量縮小風(fēng)扇直徑;在許可情況下,將氣流轉(zhuǎn)向后再吹(吸)出,可明顯降低噪聲,此在吸塵器中已有采用;保證風(fēng)路通暢,減小空氣的撞擊和摩擦。

如果從聲源方面還不能控制通風(fēng)噪聲時(shí),就要采用隔聲或用消聲的方法,還可以在定子徑向風(fēng)道口附近防置吸聲材料。最簡單也是最有效的隔聲方法是用鋼板、木板或塑料板制成的隔聲罩,把整個(gè)電機(jī)包圍起來,可降低噪聲20分貝左右,當(dāng)然這對(duì)整體三熱是不利的,而且所占用的空間也比較的大。

風(fēng)葉的兜風(fēng)角度對(duì)噪音影響較大,角度加大5到10度噪音可減少1到2db.

軸承噪聲:滾動(dòng)軸承由軸承內(nèi)圈、滾珠、滾珠保持架和軸承外圈組成。軸承外圈不轉(zhuǎn)動(dòng),軸承內(nèi)圈合轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn),而滾珠在軸承內(nèi)圈的滾道和軸承外圈的滾道及保持架中滾動(dòng)旋轉(zhuǎn),保持架又被滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)著的滾珠帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。所以軸承噪聲主要由下列頻率的噪聲組成。

轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率 :

則滾珠的旋轉(zhuǎn)頻率:

式中:

dr——滾珠直徑(mm)

d1——軸承內(nèi)圈滾道的直徑(mm)

d2——軸承外圈滾道的直徑(mm)

保持架的旋轉(zhuǎn)頻率:

而軸承內(nèi)外圈滾道中的波紋、凹坑、超糙度是引起噪聲的主要原因。試驗(yàn)表明,噪聲聲壓級(jí)與滾動(dòng)面的波紋高度和波紋數(shù)的乘積成正比。此外,徑向游隙的大小,也影響噪聲,減小徑向游隙,可降低噪聲,但是徑向游隙小的軸承要求配用在兩軸承室同心度高的機(jī)殼和端蓋,并且對(duì)轉(zhuǎn)子同軸度的要求提高。

同時(shí)潤滑脂質(zhì)量的優(yōu)劣也是影響噪聲的主要原因。噪聲與潤滑脂的粘度有關(guān),試驗(yàn)表明,噪聲隨粘度增大而減小,但粘變增大到一定數(shù)值后,噪聲反而增大,這是因?yàn)橛湍?duì)振動(dòng)有援沖作用,粘度大、噪聲低,但當(dāng)粘度過大,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)攪拌聲。

安裝誤差對(duì)軸承噪聲的影響。軸承的安裝誤差超過某一臨界值會(huì)使軸承噪聲急劇增大,而臨界角隨軸承徑向游隙減小而減小。圖一表示某單列內(nèi)心軸承在不同徑向游隙時(shí)安裝誤差角對(duì)噪聲的關(guān)系。

綜上所述,為足夠降低軸承噪聲,則需要保證軸承內(nèi)外圈滾道的精加工質(zhì)量,在可能的情況下采用小的徑向游隙,以及選用上好的潤滑脂及合適的粘度,控制軸承工裝誤差角在臨界角以下,同樣可以降低滾動(dòng)軸承的噪聲。

在電機(jī)結(jié)構(gòu)中采用波形彈簧對(duì)軸承外圈施加一個(gè)軸向預(yù)緊力,可以減消頻率在400Hz左右的嗡嗡聲。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),軸承由于沒有預(yù)緊力的作用,軸承內(nèi)的鋼球處于自由狀態(tài)就會(huì)發(fā)生自由振動(dòng),這種振動(dòng)是隨機(jī)的,而且它還可能與保持架、套圈等發(fā)生碰撞而產(chǎn)生附加噪聲。如果用波形彈簧對(duì)軸承外圈增加一個(gè)預(yù)緊力,它適當(dāng)?shù)卣{(diào)整了軸承的,當(dāng)有軸向分量時(shí)彈簧對(duì)其有阻尼作用而使振動(dòng)減小,從而減弱鋼珠的自由振動(dòng),從而削弱了附加的噪聲。

用滑動(dòng)軸承代替滾珠軸承是降低軸承噪聲的最有效的辦法,粉末冶金含油軸承以結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低,噪聲小,頻譜均勻而且比較穩(wěn)定,逐漸被引入到噪聲要求低于40分貝以下的微電機(jī)。但這類軸承采用的多孔體結(jié)構(gòu),容易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象,從而影響其潤滑性,而且它的負(fù)荷能力比相同外徑的滾動(dòng)軸承要小一些,而且如果軸與軸承內(nèi)孔表面精密度低、粗糙度大、孔隙率大,供油不足以及鐵銅基石墨含油軸承中的游離滲碳比例過多,分布不均勻,造成個(gè)別硬點(diǎn),也將產(chǎn)生某些高頻噪聲。

轉(zhuǎn)于不平衡引起的噪聲:高轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子必須嚴(yán)格的進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn),以減少轉(zhuǎn)子殘余不平衡量,轉(zhuǎn)子不平衡噪聲的頻率等于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率fa。雖然頻率不高,一般在400Hz以下,但由于引起電機(jī)振動(dòng),從而使各部分的噪聲增大。當(dāng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度達(dá)到G 6.3級(jí)時(shí),轉(zhuǎn)子不平衡所引起的噪盧和振動(dòng)都能顯著地得到改善。

碳刷與換向器摩擦所引起的噪聲:由于電刷壓在旋轉(zhuǎn)的換向器上而產(chǎn)生摩擦噪聲。一般電機(jī)大多采用半塑料換向器,換向器表面的圓度不好,片間云母因下刻而略下凹,從而使摩擦噪聲增大,并使噪聲的頻率提高。換向器圓度不好以及換向片表面不平使噪聲增大。

碳刷與換向器摩擦噪聲的頻率:

式中:k——換向片數(shù)

此外,碳刷座結(jié)構(gòu)不夠牢固,從而引起周期性振動(dòng)也會(huì)使噪聲增大。

綜上所述,嚴(yán)格控制換向器的圓度,保證表面良好的光潔度和跳動(dòng),以及采用堅(jiān)固牢靠的碳刷座結(jié)構(gòu),都能降低電刷和換向器摩擦所引起的噪聲。

作用在電機(jī)定、轉(zhuǎn)子空氣隙中的交變電磁力會(huì)使電機(jī)定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲。由于氣隙磁場不僅有基波而且還有一系列高次諧波存在,這些磁場相互作用將產(chǎn)生周期性的作用力,基波及高次諧波電磁力均會(huì)引起振動(dòng)及噪聲。電磁聲頻率分布大多在100-4000Hz之間。振動(dòng)及噪聲強(qiáng)度的大小與電磁力的大小和定子、轉(zhuǎn)子剛度有關(guān)。當(dāng)激發(fā)振動(dòng)的電磁力與振動(dòng)的零部件的自振頻率相吻合時(shí),將會(huì)產(chǎn)生共振,振動(dòng)及噪聲也將顯著增加。電磁力有徑向分量和切向分量,電磁力徑向分量在引起電機(jī)振動(dòng)及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵心產(chǎn)生徑向振動(dòng),徑向振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲為電機(jī)電磁噪聲的主要成分。在采用單數(shù)槽轉(zhuǎn)子沖片時(shí),槽致噪聲成為電磁噪聲的最主要部分。電機(jī)運(yùn)行過程中,單數(shù)槽的轉(zhuǎn)子鐵芯周期性地受到單邊磁拉力的變化所產(chǎn)生的,其原因可通過圖一來解釋。

在圖二(a)中,上磁極極弧下覆蓋三個(gè)轉(zhuǎn)子槽,而下磁極極弧只覆蓋兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽,此時(shí)上部磁拉力大,下部磁拉力小,使定子鐵芯有向上移動(dòng)的趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)槽距后,則如圖二(b)所示,此時(shí)下磁極極弧覆蓋了三個(gè)轉(zhuǎn)子槽,而上磁極極弦只覆蓋了兩個(gè)轉(zhuǎn)子槽,此時(shí)的磁拉力情況起了變化,下部磁拉力大,上部磁拉力小,因此定子鐵芯有向下移動(dòng)的趨勢。所以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中,定子鐵芯產(chǎn)生周期性的上下振動(dòng)。同理,轉(zhuǎn)子受到了周期性變化的單邊磁拉力,從而引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

采用雙數(shù)槽轉(zhuǎn)子時(shí),不會(huì)發(fā)生上述情況,但轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)槽位變化,在氣隙中造成脈振磁場,也可能引起振動(dòng)。

按照上面分析,所產(chǎn)生的電磁噪聲頻率:

式中:Z ——轉(zhuǎn)子槽數(shù)

在電磁噪聲中,除上述原因所產(chǎn)生的噪聲外,還由于電流中的高次諧波分量,在定轉(zhuǎn)子氣產(chǎn)生諧波磁場,也會(huì)產(chǎn)生不均勻的力矩,造成振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。

由于電磁噪聲在電機(jī)總噪聲中所占的份量不大,所以在電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造中往往不針對(duì)性地減少電磁噪聲來采取措施。但對(duì)限止噪聲有過高的要求時(shí)(如空調(diào)水泵電機(jī)等一些用于室內(nèi)電氣且噪音要求比較高的場合),并在空氣噪聲、機(jī)械噪聲已取得有效的抑制的情況下,可采用轉(zhuǎn)子斜槽、增大定轉(zhuǎn)子氣隙以及降低磁通密度等措施來減小電磁噪聲。

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