轴承和齿轮引起电机振动的机械诱因是什么

在小型电机中，通常使用的是滚珠轴承，滚动体（钢球）在内圈和外圈滚动的机械接触，它们被一层润滑油包围，可以轻微的缓冲作用，使接触面稍微扩大。如果滚动元件和环形滚道足够圆且未损坏，压缩力（力激励）和润滑剂运动（位移激励）引起的接触点周向弹性变形，仅产生宽频带（频谱）的振动，润滑剂能抑制震动。如果没有足够的润滑剂或润滑剂的粘度不正确，振动将增加（“金属的硬声”噪音），接触点的压力增加，材料疲劳增加以及滚道损坏，特别是轴承的轴向过载，会导致更快的材料疲劳。

径向滚珠轴承由于其制造和操作方式而具有径向轴承间隙，如果外环或内环上的弹性轴向预载荷引起的径向游隙被压缩到零，轴承球则不能最佳地传递径向力。在这种情况下，轴承的安装配合和装配质量起着重要的作用，在一定的旋转速度下，球实际上是同步运行的，而不是在一个圆形的或波浪形的路径上。在轴承托架中发生自感应轴向振动，其被称为啸叫噪声，在轴承中，我们主要会遇到产生弹性力的运动，而弹性力又会导致振动以及产生振动运动的力，这意味着存在位移激励和力激励，因此在理论分析个别情况时必须同时考虑两者。

不平衡引起的振动

在电机制造技术中不可能使主轴和转子的旋转轴完全对齐，虽然可以保持较低的偏差，但是小型电机的典型高速会产生大量离心力，即在支撑点处具有模态阶数r=1的圆周径向力，在弹性方面，这会导致支撑点的周向径向挠度增大或减小。根据惯性轴与旋转轴（平行或角度）的偏差，可以有径向力，在空间上，它们是同相或异相，或是相同的组合，并因此是由这些力引起的运动（从摇动到翻滚运动），轴之间的平行不匹配称为静态不平衡，角度不匹配称为动态不平衡 。

齿轮传动的振动

当涉及齿轮时，有两个主要的振动原因：第一种是齿轮没有达到精密的等级引起切向或径向振动；第二种是，当轮齿相互滚动时，瞬时齿轮比会因为半径比的变化而改变。对于有许多齿的大齿轮，动力传递通常涉及多个齿，只要有足够的间隙和弹性，半径之间的变化才均匀，就像斜齿轮一样。小型电机的齿轮较小，齿数较少，啮合（重叠）的齿数较少，很少通过螺旋齿轮啮合。因此，即使是半径比的微小波动也会使其变得相当明显，这将激发轴上的旋转振动和轴承处的径向振动，这些振动等于旋转频率与齿数及其倍数的乘积，这些振动偶尔会受到旋转频率或其倍数的调制，例如当塑料齿轮翘曲和变松时。

振动是位移激励的一种形式，主要是产生压力或力的强迫运动，振动的大小取决于齿轮的弹性和其他弹性、惯性扭矩，以及齿轮和润滑剂垫之间的间隙。塑料齿轮由于其弹性、低质量和材料阻尼，在噪声方面是有利的，但随着温度和湿度的升高，其尺寸往往增加到不理想的程度。因此，他们必须被设计成有游隙，它们不适用于相对较高的负载。对于多级变速箱和行星齿轮，半径的变化在很大程度上补偿了整个传动系统中的相互影响，在电机的使用寿命中，磨损经常引起轮齿之间的间隙和齿隙。

当齿轮传动系统打开且发生方向反转时，间隙和齿隙会在传动系中产生冲击噪声。在运行过程中，运动部件之间的摩擦会产生随机的脉冲噪声和连续噪声。连续噪声通常含有许多谐波，许多部件之间可能会出现间隙和齿隙，典型的例子是电机的法兰安装、没有负载的变速箱、张紧不充分的滚珠轴承或轴上松动的滚珠轴承内圈。

齿轮箱齿间的间隙会引起振动（位移激励），齿轮齿的两侧突然相撞，弹性地弹回来，由此产生的重复频率和振幅在很大程度上取决于游隙的大小，并且它们在空载条件下、启动期间或转速变化时变得非常明显。随着载荷的增加，振动消失。这些振动可以通过良好的润滑和提供材料阻尼（塑料）的弹性齿来最小化，在有游隙或磨损金属轮齿的大型电机中，这种振动非常有害。

结论

在每台电机中，除了期望的力、转矩和运动之外，不可避免地还会产生不希望的力、转矩和运动。不期望的波动（振荡转矩）叠加在期望的电动机转矩上，这导致了旋转运动的振荡。由不平衡和磁效应引起的径向力引起径向运动。随着时间波动的摩擦力出现在轴承和滑动接触面上，并引起不希望的运动。当齿轮箱安装在设备中时，齿轮会引起不希望的旋转振动。所有这些运动都构成结构噪声，它们被传递到电机的振动表面。

来源：找轴网

审核编辑 黄昊宇