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　　摘　要：軸承噪聲是近年來電機(jī)工作者們共同關(guān)注的話題，文章分析了影響軸承噪聲的主要原因，簡要介紹了問題的預(yù)防及解決措施。電機(jī)的噪聲由機(jī)械噪聲、電磁噪聲和通風(fēng)噪聲三部分組成，其中機(jī)械噪聲的主要來源之一是軸承噪聲，因此，控制電機(jī)的軸承噪聲可以有效降低電機(jī)的整體噪聲。軸承是電機(jī)的主要故障點之一。當(dāng)電機(jī)軸承出現(xiàn)故障時會體現(xiàn)在軸承的振動、噪聲與發(fā)熱上，而三者之間又互相關(guān)聯(lián)，互相影響，因此，解決電機(jī)的軸承噪聲可以降低電機(jī)的軸承故障，提高電機(jī)的整體質(zhì)量水平。
　　關(guān)鍵詞：電機(jī)；滾動軸承；噪聲
　　0　引言
　　隨著人類社會對環(huán)保意識的不斷增強，噪聲污染已經(jīng)越來越多的被人們所重視。電機(jī)作為工業(yè)設(shè)備的主要驅(qū)動力，也是產(chǎn)生工業(yè)噪聲的主要來源，因此電機(jī)的低噪聲化對降低噪聲污染具有重要意義。我國對電機(jī)噪聲限值的控制標(biāo)準(zhǔn)GB10069.3《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測定方法及限值第3部分：噪聲限值》在2008年進(jìn)版時，對部分中小型電機(jī)的噪聲限值降低幅度很大，由此可見，我國對電機(jī)噪聲的重視程度。電機(jī)的噪聲包括電磁噪聲、通風(fēng)噪聲和機(jī)械噪聲，而機(jī)械噪聲的主要來源之一就是電機(jī)的軸承噪聲，因此如何控制電機(jī)的軸承噪聲，對降低電機(jī)的整體噪聲將尤為重要。
　　根據(jù)摩擦方式的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類，這兩類軸承在電機(jī)上的應(yīng)用都很廣泛。在電機(jī)結(jié)構(gòu)上，軸承是連接電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子，限定定轉(zhuǎn)子相對位置，并保證電機(jī)準(zhǔn)確運行的承載部件。由于滾動軸承具有使用維護(hù)方便，運轉(zhuǎn)精度高，起動性能好，可使電機(jī)軸向結(jié)構(gòu)緊湊以及成本低等諸多優(yōu)點，在中小型電機(jī)上被廣泛應(yīng)用。本文主要論述電機(jī)上滾動軸承（以下簡稱軸承）的振動與噪聲。
　　軸承是電機(jī)的關(guān)鍵部件，同時也是電機(jī)的主要故障點之一，統(tǒng)計表明，采用滾動軸承作為支撐部件的電機(jī)有近30%的故障直接或間接的與軸承有關(guān)，這些故障的Z終結(jié)果導(dǎo)致軸承失效，電機(jī)停止運轉(zhuǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。電機(jī)上滾動軸承的故障會體現(xiàn)在軸承的振動上，進(jìn)而產(chǎn)生軸承噪聲、軸承發(fā)熱等現(xiàn)象，但是在軸承故障初期，軸承的振動、噪聲、發(fā)熱等現(xiàn)象并不明顯，只有某些小的變化，不容易被察覺，往往被人們所忽視，而當(dāng)這些現(xiàn)象一旦表現(xiàn)明顯時，軸承的失效已經(jīng)發(fā)生，此時如不立即采取措施，將會帶來不可預(yù)知的嚴(yán)重后果。
　　1　滾動軸承的噪聲源
　　振動是產(chǎn)生噪聲的根源，軸承的噪聲與振動密不可分，為了保證軸承工作時低振動、低噪聲，必須從軸承質(zhì)量以及電機(jī)的軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承支撐件加工工藝、軸承的維護(hù)等各方面全面考慮。影響軸承振動與噪聲主要有下列因素：
　　1）軸承各元件的精度，即軸承的質(zhì)量；2）軸承中存在灰塵或雜物；3）軸承的潤滑狀態(tài)；4）軸承的工作游隙；5）電機(jī)轉(zhuǎn)速及支撐件的固有頻率；6）軸承支撐件的結(jié)構(gòu)型式；7）負(fù)載和運行溫度；8）電機(jī)的軸電流。
　　2　產(chǎn)生軸承振動與噪聲的因素及解決措施
　　2.1 軸承類型尺寸的選擇
　　軸承的直徑越小，由其所引起的振動與噪聲越小。研究表明，振動程度隨著軸承直徑的增加而增大，直徑每增加5mm，振動約增大（1～2）dB，并且軸承噪聲隨著滾動體直徑的增加而增大，球軸承產(chǎn)生的噪聲要低于滾子軸承。
　　軸承保持架的結(jié)構(gòu)和材料也是影響軸承噪聲的主要因素，一般非金屬保持架產(chǎn)生的噪聲低于金屬保持架。選擇軸承保持架的材料時要綜合考慮軸承運行溫度、潤滑脂類型以及電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度等多種因素的影響，由尼龍、玻璃纖維、樹脂等材料制成的非金屬保持架對這些因素會比較敏感，選擇時應(yīng)慎重。隨著軸承結(jié)構(gòu)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步，保持架的結(jié)構(gòu)和材料也在不斷地更新，近年來低振動噪聲軸承保持架不斷研制成功，使軸承保持架對軸承振動噪聲的影響正在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸降低^[3]。
　　綜上所述，在電機(jī)設(shè)計時，應(yīng)以小直徑、輕系列、低噪聲保持架的球軸承作為優(yōu)選方案。
　　2.2 配合的選擇
　　軸承與軸承室及與軸的配合的選擇要保證軸承內(nèi)圈與軸承外圈的固定，即電機(jī)運轉(zhuǎn)時軸承內(nèi)圈與軸、軸承外圈與軸承室之間不能發(fā)生滑動，又要保證軸承的工作游隙合適。
　　軸承的工作游隙是軸承在工作時的徑向游隙，取決于軸承內(nèi)圈在軸上和軸承外圈在軸承室中的配合緊度以及電機(jī)運行狀態(tài)下內(nèi)圈和外圈所產(chǎn)生的溫差。通常內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)軸承內(nèi)圈和軸之間的配合比軸承外圈和軸承室之間的配合要緊，軸承安裝后軸承內(nèi)圈膨脹，外圈收縮，從而使軸承的原始游隙變??；又由于電機(jī)工作時軸承溫度升高，一般內(nèi)圈溫度要高于外圈溫度，使軸承內(nèi)圈與外圈產(chǎn)生溫度差，軸承內(nèi)圈熱膨脹量高于外圈，進(jìn)一步減小了軸承的游隙。由此可見，軸承的配合與其工作游隙關(guān)系密切，因此，選擇軸承配合時要綜合考慮軸承套圈的固定以及軸承的工作游隙兩個問題。過大的徑向工作游隙會導(dǎo)致軸承運行過程中的負(fù)荷區(qū)域過小，影響軸承的壽命，并產(chǎn)生較大的振動與噪聲；理論上軸承的工作游隙越小，滾動體在無載荷區(qū)的引導(dǎo)就越好，軸承在運行中的噪聲就越小，但是過小的工作游隙會使軸承抱死。
　　軸承外圈與軸承室間的配合型式會影響振動與噪聲的傳播。從聲學(xué)的傳播角度考慮，配合松一些較好，這樣，配合面處的間隙對軸承外圈的振動將會產(chǎn)生阻尼作用，但如果配合過松會引起響聲，并且會導(dǎo)致外圈在軸承室內(nèi)滑動。軸承裝配時外圈的徑向間隙一般宜限制在（3～9）μm的范圍內(nèi)^[1，2]，但這一數(shù)據(jù)Z好根據(jù)實踐經(jīng)驗選取。
　　2.3 軸承預(yù)負(fù)荷
　　無論是球軸承還是滾子軸承，工作時軸承所受負(fù)荷必須大于軸承的Z小工作負(fù)荷才能使軸承的滾動體在滾道內(nèi)實現(xiàn)純滾動，否則，滾動體將采用滾動與滑動相結(jié)合的方式在滾道內(nèi)運行，這種滑動現(xiàn)象將會破壞滾動體與滾道之間的潤滑膜，使?jié)L動體與滾道之間發(fā)生摩擦，嚴(yán)重時將會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一方面會由于摩擦生熱使軸承溫度升高，另一方面由于摩擦?xí)節(jié)L動體振動，產(chǎn)生噪聲。
　　對于球軸承來說，一般采用在軸承軸向上設(shè)置彈簧，對軸承施加軸向預(yù)壓力的方法來消除球軸承中的內(nèi)部間隙，以消除由于松散的滾動體在滾道內(nèi)運動不受約束的現(xiàn)象。而對于只能承受徑向力的圓柱滾子軸承來說，一般電機(jī)轉(zhuǎn)子重力都要大于其所需要的Z小預(yù)負(fù)荷，所以，不需另加結(jié)構(gòu)來配置。
　　2.4 對同軸度的要求
　　電機(jī)兩端軸承的同軸度是影響電機(jī)軸承振動并產(chǎn)生噪聲的重要因素。選擇軸承配置型式時，Z好使軸承配置具有自動調(diào)心功能，這樣可減小整個結(jié)構(gòu)的不對中量。對于不具有自動調(diào)心功能的配置，應(yīng)采取提高加工精度，增加軸的剛性等措施，使軸的角度不對中保持在Z小值內(nèi)。
　　對于采用幾個軸承并列安裝組合起來使用的軸承結(jié)構(gòu)，因其限制了軸線角度變化的靈活性，對軸系的同軸度特別敏感，結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須注意，這種結(jié)構(gòu)不但影響軸承的噪聲，而且會影響到軸承的受力情況，進(jìn)而影響到軸承的壽命。采用這種結(jié)構(gòu)時，可通過具有自動調(diào)心功能的球形軸承座來解決調(diào)心問題，但是，這種球形軸承座加工較復(fù)雜。圖1為“雙列”組合的圓柱滾子軸承和“三列”組合的角接觸球軸承的可調(diào)心球形軸承座結(jié)構(gòu)示意圖。
　　2.5 對與軸承套圈配合部位的加工要求 　　與軸承套圈配合的部位是指軸上與軸承內(nèi)圈配合的軸承臺的外徑以及軸承座上與軸承外圈配合的軸承室的內(nèi)徑。這兩個部位的尺寸公差、表面粗糙度及形位公差要嚴(yán)格控制。如果這些部位加工不好，它的誤差會傳遞給軸承套圈上與滾動體接觸的滾道，當(dāng)滾動體在不規(guī)則的滾道上運行時，將使?jié)L動體振動并產(chǎn)生噪聲。
　　2.6 潤滑脂的污染對軸承噪聲的影響
　　軸承內(nèi)部潤滑脂被污染是軸承產(chǎn)生振動噪聲的另一個重要原因。電機(jī)運行時，工作著的滾動體與軸承套圈上的滾道之間會形成很薄的油膜，如果潤滑脂被污染，油膜將會被污染物破壞，滾動體與滾道之間直接接觸，在滾動體和滾道表面形成凹坑或劃痕，長時間的破壞將使其形狀不規(guī)則，運行時產(chǎn)生振動噪聲。
　　潤滑脂變質(zhì)和軸承密封結(jié)構(gòu)是污染潤滑脂的主要途徑。長期工作的潤滑脂會產(chǎn)生氧化變質(zhì)與凝縮分油現(xiàn)象，Z終碳化結(jié)塊，這種現(xiàn)象在高溫下會更加嚴(yán)重，因此，應(yīng)定期更換潤滑脂，保證其新鮮干凈。對于特殊的在高溫下運行的軸承，應(yīng)采用高溫性能好的潤滑脂。另外，Z好將軸承的注排油結(jié)構(gòu)設(shè)計成不停機(jī)即可更換潤滑脂的形式，以方便日常維護(hù)。
　　軸承的密封是潤滑脂被污染的另一個途徑，軸承密封的形式及結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到電機(jī)運行環(huán)境條件。Z基本的應(yīng)該做到能夠防止正常環(huán)境條件下灰塵、水分、酸的蒸汽等的侵入。應(yīng)用到特殊環(huán)境下（例如高粉塵、常淋水等）的電機(jī)可以考慮采用迷宮式密封與橡膠密封圈組成的綜合式密封結(jié)構(gòu)^[3]。
　　2.7 電機(jī)的運輸與存放對軸承噪聲的影響
　　一些電機(jī)在制造廠試驗時檢測的軸承噪聲是合格的，但是，電機(jī)經(jīng)過長時間放置再運行或運抵用戶現(xiàn)場安裝后再運行時，常會發(fā)現(xiàn)軸承振動不合格，產(chǎn)生噪聲的情況。這種情況軸承振動與噪聲是由于滾動體變形且軸承套圈滾道存在壓痕產(chǎn)生的。
　　對于長時間放置不轉(zhuǎn)動的電機(jī)，滾動體處于靜止?fàn)顟B(tài)，其與軸承套圈滾道接觸部位面積非常微小，甚至為點接觸，在轉(zhuǎn)子重力作用下對接觸點產(chǎn)生的壓應(yīng)力將會很大，長時間受力的滾動體與軸承套圈滾道表面會形成塑性變形產(chǎn)生凹坑，凹坑使電機(jī)軸承振動，并產(chǎn)生噪聲。因此，對于長時間閑置不運行的電機(jī)，應(yīng)定期轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子，更換受力滾動體及軸承套圈滾道受力部位，避免這種現(xiàn)像發(fā)生。
　　電機(jī)運輸過程中軸承受損產(chǎn)生噪聲的原因與電機(jī)長時間放置產(chǎn)生軸承噪聲的原因相似。我們知道，生產(chǎn)成合格出廠的電機(jī)無論采用那種運輸方式都避免不了運輸過程中的顛簸，由于軸承游隙的存在，這種顛簸勢必造成電機(jī)轉(zhuǎn)子在游隙許可范圍內(nèi)的振動，而由于振動產(chǎn)生的沖擊力將完全由軸承承擔(dān)，這種沖擊力會對滾動體和軸承套圈滾道造成傷害，使?jié)L動體與軸承套圈滾道表面形成塑性變形產(chǎn)生凹坑進(jìn)而產(chǎn)生軸承振動與噪聲。其實解決這一問題的方法很簡單，只要我們在電機(jī)運輸前將電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定牢靠即可。
　　越大的電機(jī)，轉(zhuǎn)子越重，在電機(jī)的運輸與存放過程中對軸承產(chǎn)生這種破壞的幾率越大，因此，對于一些大電機(jī)的運輸與存放應(yīng)特別注意。
　　3　總結(jié)
　　產(chǎn)生軸承噪聲的因素還有很多，例如潤滑脂粘度、電機(jī)的軸電流以及軸承的裝配損傷等，但是不管軸承噪聲是什么原因引起的Z終都會體現(xiàn)在軸承的壽命上，因此，無論是從環(huán)保上還是從電機(jī)質(zhì)量上考慮，降低軸承噪聲對電機(jī)生產(chǎn)及使用部門都是非常重要的。只要能夠采用合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的加工工藝，加之正確的使用維護(hù)方法，多數(shù)軸承事故問題都是可以避免的。
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