在小型電機(jī)中,通常使用的是滾珠軸承,滾動體(鋼球)在內(nèi)圈和外圈滾動的機(jī)械接觸,它們被一層潤滑油包圍,可以輕微的緩沖作用,使接觸面稍微擴(kuò)大。如果滾動元件和環(huán)形滾道足夠圓且未損壞,壓縮力(力激勵)和潤滑劑運(yùn)動(位移激勵)引起的接觸點周向彈性變形,僅產(chǎn)生寬頻帶(頻譜)的振動,潤滑劑能抑制震動。如果沒有足夠的潤滑劑或潤滑劑的粘度不正確,振動將增加(“金屬的硬聲”噪音),接觸點的壓力增加,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,其被稱為嘯叫噪聲,在軸承中,我們主要會遇到產(chǎn)生彈性力的運(yùn)動,而彈性力又會導(dǎo)致振動以及產(chǎn)生振動運(yùn)動的力,這意味著存在位移激勵和力激勵,因此在理論分析個別情況時必須同時考慮兩者。
不平衡引起的振動
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)的典型高速會產(chǎn)生大量離心力,即在支撐點處具有模態(tài)階數(shù)r=1的圓周徑向力,在彈性方面,這會導(dǎo)致支撐點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(從搖動到翻滾運(yùn)動),軸之間的平行不匹配稱為靜態(tài)不平衡,角度不匹配稱為動態(tài)不平衡 。
齒輪傳動的振動
當(dāng)涉及齒輪時,有兩個主要的振動原因:第一種是齒輪沒有達(dá)到精密的等級引起切向或徑向振動;第二種是,當(dāng)輪齒相互滾動時,瞬時齒輪比會因為半徑比的變化而改變。對于有許多齒的大齒輪,動力傳遞通常涉及多個齒,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也會使其變得相當(dāng)明顯,這將激發(fā)軸上的旋轉(zhuǎn)振動和軸承處的徑向振動,這些振動等于旋轉(zhuǎn)頻率與齒數(shù)及其倍數(shù)的乘積,這些振動偶爾會受到旋轉(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。
振動是位移激勵的一種形式,主要是產(chǎn)生壓力或力的強(qiáng)迫運(yùn)動,振動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)計成有游隙,它們不適用于相對較高的負(fù)載。對于多級變速箱和行星齒輪,半徑的變化在很大程度上補(bǔ)償了整個傳動系統(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)齒輪傳動系統(tǒng)打開且發(fā)生方向反轉(zhuǎn)時,間隙和齒隙會在傳動系中產(chǎn)生沖擊噪聲。在運(yùn)行過程中,運(yùn)動部件之間的摩擦?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的滾珠軸承內(nèi)圈。
齒輪箱齒間的間隙會引起振動(位移激勵),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,并且它們在空載條件下、啟動期間或轉(zhuǎn)速變化時變得非常明顯。隨著載荷的增加,振動消失。這些振動可以通過良好的潤滑和提供材料阻尼(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,這種振動非常有害。
結(jié)論
在每臺電機(jī)中,除了期望的力、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動之外,不可避免地還會產(chǎn)生不希望的力、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動。不期望的波動(振蕩轉(zhuǎn)矩)疊加在期望的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩上,這導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的振蕩。由不平衡和磁效應(yīng)引起的徑向力引起徑向運(yùn)動。隨著時間波動的摩擦力出現(xiàn)在軸承和滑動接觸面上,并引起不希望的運(yùn)動。當(dāng)齒輪箱安裝在設(shè)備中時,齒輪會引起不希望的旋轉(zhuǎn)振動。所有這些運(yùn)動都構(gòu)成結(jié)構(gòu)噪聲,它們被傳遞到電機(jī)的振動表面。