在小型電機中,通常使用的是滾珠軸承,滾動體(鋼球)在內圈和外圈滾動的機械接觸,它們被一層潤滑油包圍,可以輕微的緩沖作用,使接觸面稍微擴大。如果滾動元件和環形滾道足夠圓且未損壞,壓縮力(力激勵)和潤滑劑運動(位移激勵)引起的接觸點周向彈性變形,僅產生寬頻帶(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,如果外環或內環上的彈性軸向預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量起著重要的作用,在一定的旋轉速度下,球實際上是同步運行的,而不是在一個圓形的或波浪形的路徑上。在軸承托架中發生自感應軸向振動,其被稱為嘯叫噪聲,在軸承中,我們主要會遇到產生彈性力的運動,而彈性力又會導致振動以及產生振動運動的力,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
在電機制造技術中不可能使主軸和轉子的旋轉軸完全對齊,雖然可以保持較低的偏差,但是小型電機的典型高速會產生大量離心力,即在支撐點處具有模態階數r=1的圓周徑向力,在彈性方面,這會導致支撐點的周向徑向撓度增大或減小。根據慣性軸與旋轉軸(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動(從搖動到翻滾運動),軸之間的平行不匹配稱為靜態不平衡,角度不匹配稱為動態不平衡 。
齒輪傳動的振動
當涉及齒輪時,有兩個主要的振動原因:第一種是齒輪沒有達到精密的等級引起切向或徑向振動;第二種是,當輪齒相互滾動時,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。小型電機的齒輪較小,齒數較少,嚙合(重疊)的齒數較少,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明顯,這將激發軸上的旋轉振動和軸承處的徑向振動,這些振動等于旋轉頻率與齒數及其倍數的乘積,這些振動偶爾會受到旋轉頻率或其倍數的調制,例如當塑料齒輪翹曲和變松時。
振動是位移激勵的一種形式,主要是產生壓力或力的強迫運動,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,他們必須被設計成有游隙,它們不適用于相對較高的負載。對于多級變速箱和行星齒輪,半徑的變化在很大程度上補償了整個傳動系統中的相互影響,在電機的使用壽命中,磨損經常引起輪齒之間的間隙和齒隙。
當齒輪傳動系統打開且發生方向反轉時,間隙和齒隙會在傳動系中產生沖擊噪聲。在運行過程中,運動部件之間的摩擦會產生隨機的脈沖噪聲和連續噪聲。連續噪聲通常含有許多諧波,許多部件之間可能會出現間隙和齒隙,典型的例子是電機的法蘭安裝、沒有負載的變速箱、張緊不充分的滾珠軸承或軸上松動的滾珠軸承內圈。
齒輪箱齒間的間隙會引起振動(位移激勵),齒輪齒的兩側突然相撞,彈性地彈回來,由此產生的重復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中,這種振動非常有害。
結論
在每臺電機中,除了期望的力、轉矩和運動之外,不可避免地還會產生不希望的力、轉矩和運動。不期望的波動(振蕩轉矩)疊加在期望的電動機轉矩上,這導致了旋轉運動的振蕩。由不平衡和磁效應引起的徑向力引起徑向運動。隨著時間波動的摩擦力出現在軸承和滑動接觸面上,并引起不希望的運動。當齒輪箱安裝在設備中時,齒輪會引起不希望的旋轉振動。所有這些運動都構成結構噪聲,它們被傳遞到電機的振動表面。