在小型電機(jī)中,通常使用的是滾珠軸承,滾動(dòng)體(鋼球)在內(nèi)圈和外圈滾動(dòng)的機(jī)械接觸,它們被一層潤(rùn)滑油包圍,可以輕微的緩沖作用,使接觸面稍微擴(kuò)大。如果滾動(dòng)元件和環(huán)形滾道足夠圓且未損壞,壓縮力(力激勵(lì))和潤(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)(位移激勵(lì))引起的接觸點(diǎn)周向彈性變形,僅產(chǎn)生寬頻帶(頻譜)的振動(dòng),潤(rùn)滑劑能抑制震動(dòng)。如果沒有足夠的潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑劑的粘度不正確,振動(dòng)將增加(“金屬的硬聲”噪音),接觸點(diǎn)的壓力增加,材料疲勞增加以及滾道損壞,特別是軸承的軸向過載,會(huì)導(dǎo)致更快的材料疲勞。
徑向滾珠軸承由于其制造和操作方式而具有徑向軸承間隙,如果外環(huán)或內(nèi)環(huán)上的彈性軸向預(yù)載荷引起的徑向游隙被壓縮到零,軸承球則不能最佳地傳遞徑向力。在這種情況下,軸承的安裝配合和裝配質(zhì)量起著重要的作用,在一定的旋轉(zhuǎn)速度下,球?qū)嶋H上是同步運(yùn)行的,而不是在一個(gè)圓形的或波浪形的路徑上。在軸承托架中發(fā)生自感應(yīng)軸向振動(dòng),其被稱為嘯叫噪聲,在軸承中,我們主要會(huì)遇到產(chǎn)生彈性力的運(yùn)動(dòng),而彈性力又會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)以及產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的力,這意味著存在位移激勵(lì)和力激勵(lì),因此在理論分析個(gè)別情況時(shí)必須同時(shí)考慮兩者。
不平衡引起的振動(dòng)
在電機(jī)制造技術(shù)中不可能使主軸和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸完全對(duì)齊,雖然可以保持較低的偏差,但是小型電機(jī)的典型高速會(huì)產(chǎn)生大量離心力,即在支撐點(diǎn)處具有模態(tài)階數(shù)r=1的圓周徑向力,在彈性方面,這會(huì)導(dǎo)致支撐點(diǎn)的周向徑向撓度增大或減小。根據(jù)慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸(平行或角度)的偏差,可以有徑向力,在空間上,它們是同相或異相,或是相同的組合,并因此是由這些力引起的運(yùn)動(dòng)(從搖動(dòng)到翻滾運(yùn)動(dòng)),軸之間的平行不匹配稱為靜態(tài)不平衡,角度不匹配稱為動(dòng)態(tài)不平衡 。
齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)
當(dāng)涉及齒輪時(shí),有兩個(gè)主要的振動(dòng)原因:第一種是齒輪沒有達(dá)到精密的等級(jí)引起切向或徑向振動(dòng);第二種是,當(dāng)輪齒相互滾動(dòng)時(shí),瞬時(shí)齒輪比會(huì)因?yàn)榘霃奖鹊淖兓淖儭?duì)于有許多齒的大齒輪,動(dòng)力傳遞通常涉及多個(gè)齒,只要有足夠的間隙和彈性,半徑之間的變化才均勻,就像斜齒輪一樣。小型電機(jī)的齒輪較小,齒數(shù)較少,嚙合(重疊)的齒數(shù)較少,很少通過螺旋齒輪嚙合。因此,即使是半徑比的微小波動(dòng)也會(huì)使其變得相當(dāng)明顯,這將激發(fā)軸上的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)和軸承處的徑向振動(dòng),這些振動(dòng)等于旋轉(zhuǎn)頻率與齒數(shù)及其倍數(shù)的乘積,這些振動(dòng)偶爾會(huì)受到旋轉(zhuǎn)頻率或其倍數(shù)的調(diào)制,例如當(dāng)塑料齒輪翹曲和變松時(shí)。
振動(dòng)是位移激勵(lì)的一種形式,主要是產(chǎn)生壓力或力的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng),振動(dòng)的大小取決于齒輪的彈性和其他彈性、慣性扭矩,以及齒輪和潤(rùn)滑劑墊之間的間隙。塑料齒輪由于其彈性、低質(zhì)量和材料阻尼,在噪聲方面是有利的,但隨著溫度和濕度的升高,其尺寸往往增加到不理想的程度。因此,他們必須被設(shè)計(jì)成有游隙,它們不適用于相對(duì)較高的負(fù)載。對(duì)于多級(jí)變速箱和行星齒輪,半徑的變化在很大程度上補(bǔ)償了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中的相互影響,在電機(jī)的使用壽命中,磨損經(jīng)常引起輪齒之間的間隙和齒隙。
當(dāng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)打開且發(fā)生方向反轉(zhuǎn)時(shí),間隙和齒隙會(huì)在傳動(dòng)系中產(chǎn)生沖擊噪聲。在運(yùn)行過程中,運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦?xí)a(chǎn)生隨機(jī)的脈沖噪聲和連續(xù)噪聲。連續(xù)噪聲通常含有許多諧波,許多部件之間可能會(huì)出現(xiàn)間隙和齒隙,典型的例子是電機(jī)的法蘭安裝、沒有負(fù)載的變速箱、張緊不充分的滾珠軸承或軸上松動(dòng)的滾珠軸承內(nèi)圈。
齒輪箱齒間的間隙會(huì)引起振動(dòng)(位移激勵(lì)),齒輪齒的兩側(cè)突然相撞,彈性地彈回來,由此產(chǎn)生的重復(fù)頻率和振幅在很大程度上取決于游隙的大小,并且它們?cè)诳蛰d條件下、啟動(dòng)期間或轉(zhuǎn)速變化時(shí)變得非常明顯。隨著載荷的增加,振動(dòng)消失。這些振動(dòng)可以通過良好的潤(rùn)滑和提供材料阻尼(塑料)的彈性齒來最小化,在有游隙或磨損金屬輪齒的大型電機(jī)中,這種振動(dòng)非常有害。
結(jié)論
在每臺(tái)電機(jī)中,除了期望的力、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)之外,不可避免地還會(huì)產(chǎn)生不希望的力、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。不期望的波動(dòng)(振蕩轉(zhuǎn)矩)疊加在期望的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩上,這導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的振蕩。由不平衡和磁效應(yīng)引起的徑向力引起徑向運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間波動(dòng)的摩擦力出現(xiàn)在軸承和滑動(dòng)接觸面上,并引起不希望的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)齒輪箱安裝在設(shè)備中時(shí),齒輪會(huì)引起不希望的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。所有這些運(yùn)動(dòng)都構(gòu)成結(jié)構(gòu)噪聲,它們被傳遞到電機(jī)的振動(dòng)表面。