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电机试验和使用过程中的减振降噪


      电机制造完成后,如果在出厂试验或使用过程出现振动噪声不合格,则必须查清原因,采取必要的处理措施,直至振动噪声合格。


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1. 振动噪声原因的诊断
      电机在出厂试验时出现振动噪声超标时,首先要诊断其原因,利用振动和噪声的频谱测试、瀑布图、结构模态测试等手段,结合各种激振频率的特征分析,找出产生强烈振动噪声的激振源或结构模态原因。关于振动噪声的诊断,前面的瞎想系列文章已有详述,在此不再重复赘述。


2. 试验和使用过程中的减振降噪措施
      首先在这里要先个大家泼点冷水,电机的振动、噪声主要是由设计和制造决定的,一旦电机制造完成,要想在试验、使用过程中改善它的振动、噪声性能,大多情况下是很难很难的。也就是说,我们一定要把抑制电机振动噪声的主要精力放在电机的设计和制造过程中,一旦电机制造完成,亡羊补牢的措施往往是非常有限的,除非是电机存在故障和明显的制造质量问题。
      在振动噪声的治理方面,常见有“消”、“减”、“吸”、“隔”等四大类措施。所谓“消”是指从振动源方面进行治理,这是最彻底、最有效的方法;“减”是指在引起强烈振动的部位或零部件上增加阻尼,通过消耗振动噪声的能量来减小振动噪声;“吸”是在被控对象上附加一个子系统,用以减小被控对象对某一特定频率激振的响应;“隔”是指在激振源与受控对象之间串加一个弹性元件子系统,以减小受控对象对激振源的响应。在实践中,并不是单纯地采取某一种措施,通常是采用组合的措施,如电机底脚上加装橡胶减震器,就是一种即起到隔振效果又带有阻尼减振效果,隔声罩则是一种即隔离噪声辐射又通过里面的阻尼材料起到消耗噪声能量的效果。这些措施说起来简单做起来难,通常消振和吸振主要是在设计阶段考虑这些措施,在电机制造完成情况下,激振源和结构模态已经固化,所能采取的措施也只能是有限的减振和隔振了。实践表明,在电机的试验和使用过程中,以下简单的方法对改善振动噪声往往是非常有效的,可起到事半功倍的作用。
      ① 良好的对中和安装
      对中和安装质量的好坏与振动密切相关,良好的对中和安装是减小机械振动的有效措施,在试验和使用过程中,应尽可能地提高对中精度和安装的水平度和垂直度,安装的紧固件布置应尽量对称,紧固力矩均匀,紧固顺序应对称。
      ② 重复安装紧固
      在使用过程中,如果新安装初期的系统振动噪声良好,使用一段时间后出现振动噪声异常,在排除电机出现短路、部分开路、结构出现开焊或裂纹等故障后,往往是由于安装紧固原因引起,此时应该重新进行紧固。一般情况下,新安装的设备,由于安装应力分布不均匀等原因,运行一段时间后,随着应力的释放和时效,会出现局部松动或配合不良,处理的方法是,在确保安全的情况下,在运行过程中或运行一段时间停机后,立即先适当松开部分紧固件,再重新紧固。特别是轴承出现振动噪声异常时,在电机旋转情况下适当松开轴承内外盖紧固螺栓,让电机在旋转状态下自适应运行一段时间,然后再重新紧固,异常的振动噪声就会消失。
       ③ 整机现场动平衡
      在电机制造过程中,往往只对电机的转子本身单独进行了动平衡,在组成系统后,由于系统轴系的改变和运行过程中发热、不均匀变形等原因,使得原来的动平衡状态发生了改变,因此在系统安装运行一段时间后,对整个系统轴系进行整体现场动平衡,即可改善设备的整体振动和噪声性能。
      ④ 调整减震器的参数
       在系统减振降噪设计时,往往在设备安装底脚下面加装减振器进行减振和隔振,但设计时通常只是根据仿真计算和理论计算结果来选用减振器,而实践中,由于仿真计算误差和减振器参数散差等原因,可能所用的减振器参数并不一定是最佳的,此时可通过更换不同参数的减振器进行试验,来选择减振效果最佳的减振器。
      ⑤ 调整整体安装刚度
      如果在系统安装后存在局部的共振,可以通过改变安装结构刚度的方法来避开共振,具体可以临时增加安装紧固筋板、改变紧固位置、改进安装底座等措施予以实现。
      ⑥隔声措施
      在万不得已的情况下,只能采用加装隔声板或隔声罩的方法来降低局部和整体噪声。



电机制造过程中的减振降噪措施


      生产制造是产品实现的重要一环,再好的设计也需要良好的工艺、精心的施工和严格的质量管理来变成现实的产品。制造过程就是把设计变成产品实物的过程,电机实物的性能与生产制造过程的工艺、加工和装配精度、制造散差等多种因素有关,其中振动噪声与制造过程中的各种因素关系更加密切,影响程度更加随机无规律,而且这种影响很难通过仿真和其它解析方法进行精确的定量计算。只有在制造过程中依靠严格的工艺纪律和检验、精心的操作和严格的质量管理程序来保证。关于生产制造过程中有利于减振降噪的措施主要包括:


1. 保证结构刚度
     
结构刚度除了设计保证以外,也与制造过程有关,最关键的是铁心的叠压质量、装配质量、绝缘处理质量以及焊接质量。铁心叠压不紧密、装配过程中紧固件装配不紧、过盈配合精度差、绝缘浸烘质量不良、焊接质量不良等均会影响电机的整体结构刚度。电机的结构刚度并不是越大或越小越好,而是要看结构的固有频率与激振频率的接近程度,但总体来看,结构刚度高有利于减小振动。


2. 保证磁路的对称性
     
磁路不对称对电磁振动和噪声影响很大,造成磁路不对称的原因除了设计因素(如满足扇形片的拼片条件等)外,制造过程中主要在铁心制造、磁极装配和总装等工艺过程中。这就要求在制造和装配过程中必须严格控制。铁心所用的硅钢片即使是无取向硅钢片,也会或多或少地存在着导磁性能的各项异性和厚度的不均匀性,为了减小这些因素的影响,在铁心冲制时,应该每冲一片旋转一定的角度,即所谓的转片冲压工艺,通常采用每冲一片旋转120º的旋转冲压工艺,由冲压设备和工装来保证自动转片,如果条件不允许,至少应采取手工转片和约90º交错转片。除此之外,铁心的整体浸漆也是增加铁心刚度和阻尼、减小振动噪声的有效方法。在磁极的加工和装配方面,应该严格控制磁极形状和安装精度的一致性。总装时要保证气隙的对称性。


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3. 提高生产过程中的清洁程度和外壳的密封性
     
生产过程中的清洁对减振降噪不可忽视,特别是轴承装配和润滑油、脂的清洁程度严重影响电机的轴承噪声,而且由润滑油、脂的不清洁引起的轴承噪声往往是随机的,很难准确诊断原因,因此只能是在生产过程中加以控制。外壳密封除了可提高电机的防护等级外,对噪声的辐射也起到至关重要的作用,机壳上的盖板、组装件之间的缝隙、外壳所开小孔堵头等部位都要严格密封,否则会引起噪声的“小孔辐射效应”。


4. 提高转子动平衡精度
     
转子动平衡不良,旋转时会产生机械激振力,从而产生振动,其引起的振动频率为一倍转频。考虑到技术的先进性和经济上的合理性,国家标准(等同采用国际标准)将转子平衡精度等级分为11个级别,每个级别间以2.5倍为增量,从要求最高的G0.4到要求最低的G4000,分别为G0.4、G1、G2.5、G6.3、G16、G40、G100、G250、G630、G1600、G4000。对于普通的电机转子,动平衡精度要求为G6.3;对于要求较高的电机转子,动平衡精度要求为G2.5;对于特殊要求的(如用于磁带录音机及电唱机、CD、DVD驱动、磨床驱动)的小型电机转子,动平衡精度要求应达到G1;对于精密磨床的主轴电机、驱动陀螺仪的转子,动平衡精度应该达到G0.4。
      所谓平衡精度G是指转子允许的最大偏心距e(或称转子单位质量的不平衡率)与转子最大回转角速度ω的乘积,单位为:毫米/秒(mm/s),即:
G=e•ω/1000=(m•r/M)•n/9550          ⑴
      式中:m为允许的最大残余不平衡量(g);r为校正平衡环的半径(mm);M为转子的质量(kg);n为转子的最高工作转速(rpm);e=m•r/M,为转子允许的偏心距(μm或g•mm/kg),也称转子单位质量允许的不平衡率(度)。
      平衡精度是衡量转子动平衡品质优劣的指标,当设计规定了平衡精度等级G后,则动平衡校正允许的最大残余不平衡量(g)按下式⑵来计算:
m=9550•M•G/(n•r)        ⑵
      由于动平衡校正时通常是在两个平衡环上进行校正,因此按⑵式计算出的最大不平衡量应该除以2得到每一个平衡环上的最大残余不平衡量(g)。


5. 提高加工和装配精度
     
零部件的加工精度和装配精度与振动噪声密切相关,特别是涉及定转子同心度和轴承相关零部件的加工精度和装配精度。定转子不同心会产生附加的机械激振力,从而产生机械噪声;同时也会影响气隙磁场的分布,从而影响电磁力波和电磁噪声;另外定转子不同心还会影响到轴承的装配精度,从而影响轴承噪声。定转子不同心引起的机械激振力特点是,机械激振力中包含很强的二倍转频。影响定转子同心度及轴承装配的主要零部件尺寸及形位公差包括:
      ① 机座的铁心档圆柱面的尺寸精度和圆度。
      ② 机座两端止口的尺寸精度、圆度及与铁心档圆柱面的同心度和垂直度。通常用以铁心档圆柱面的中心线为基准控制机座止口的径跳和端跳。
      ③ 端盖与机座配合止口的尺寸精度、圆度、止口端面的垂直度、止口与轴承室的同心度和平行度、轴承室的尺寸精度、圆度和粗糙度、轴承室端面的垂直度。
      ④ 定转子铁心三圆的尺寸精度、圆度和同心度、铁心端面的垂直度。
      ⑤ 转轴铁心档圆柱面的尺寸精度、圆度、粗糙度;轴承档圆柱面的尺寸精度、圆度、粗糙度;两轴承档的距离尺寸精度。
      ⑥ 轴承盖的止口尺寸精度和端跳、径跳;预紧弹簧的长度及弹性系数偏差。
      以上尺寸精度和形位公差必须严格按设计图纸保证。


6. 增大结构阻尼
     
增大结构的阻尼可以有效地减小振幅,特别是共振时的振幅。在制造过程中,增大结构阻尼最关键的是绝缘处理环节,通常电机采用的绝缘处理工艺有两种,一是绝缘浸渍处理;二是绝缘浇注处理。由于绝缘处理属于特殊工艺过程,无论是哪种绝缘处理措施,都必须在正式工艺定型之前,进行特殊过程确认,以确定最佳的工艺参数,工艺参数一旦确定,正式生产时就应该在绝缘处理过程中严格按确定的工艺执行。除了绝缘处理以外,在风扇、外壳等部位涂覆降噪阻尼涂料也是降低空气噪声的有效手段。



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