噪声与振动控制论文噪声控制论文

噪声与振动控制论文噪声控制论文电动机噪声及其控制摘 要： 本文叙述了噪声的基本概念和电动机噪声对人体健康的危害。根据声 学原理，着重分析了电动机的噪声来源及降噪方法。以噪声源控制、传播途径 控制和保护接收者为途径，介绍了降低电动机噪声级的辅助措施。关键词： 电动机噪声 主要降噪措施 辅助措施1. 噪声是危害人类健康的杀手之一凡是使人烦恼的、破坏安静的，影响人们正常生活、工作、学习的声音， 不管是乐音还是其他声音，都称之为噪声。科学研究表明，让一个健康的人在 大于90分贝的环境中工作超过2 小时，耳朵会嗡嗡作响，听觉灵敏度下降；有 的还会产生眼胀、眼痛、流泪、光适应度降低等视力不清症状。受高强度噪声 长期刺激，可引发各种疾病：中枢神经发生紊乱，致使大脑皮层兴奋或抑制失 调，表现出非常烦躁不安、头晕、头疼、耳鸣、心慌等症状；能使人植物神经 功能发生紊乱，导致血压升高或降低、心电图发生改变、胃肠道功能障碍、抵 抗力减弱等症状；还会影响胎儿发育和儿童智力；妨碍通讯，干扰控制信号的 接收，进而会诱发各类次生工业事故。因此噪声是危害人类健康的杀手之一。2. 电动机噪声来源电机的使用非常广泛。据调查，目前国产的中小型电机噪声多在 90100dB 之间，大型电机噪声均高达100dB以上。噪声分为机械噪声、空气动力性噪声 和电磁噪声三大类。根据发声机理，主要为振动噪声。由机械振动产生的噪声称为机械噪声，由空气振动产生的噪声称为空气动力性噪声，由电磁振荡产生 的噪声称之为电磁噪声。主要来源有以下几种。2.1 结构噪声源。电动机主要由定子绕组和转子绕组构成的，所有电机的转子相对于转轴不 可能做到完全对称（包括质量分布和力矩平衡），这就势必会导致电机在做功 时因偏心转动而使转子与轴承间产生偏心振动，通过连接部件传到机体，使底 座和基础间发生松动碰撞，进行放大，放大的结果类似于偏心打夯机。一个转 动的电动机，机械噪声是最明显的。转子不平衡是主要激振力，安装松动是助 长放大的“温床”。2.2 风扇噪声源。电动机安装风扇是为了满足散热的要求，但高速旋转的风扇，由于空气与 风扇叶片之间的相对速度很大，叶片周期性打击空气，引起空气的压力脉动， 在叶片附近必然会出现大量涡流，从而形成强烈、宽频带的空气动力性噪声， 同时，激励叶片振动而发出振动噪声。2.3 进气、排气噪声源。风扇转动时，气流通过进口、出口（风罩）处发生气流扰动，会出现涡流 层流及喷流等现象，形成通气噪声，属低频空气动力性噪声。严重时会产生强 烈而尖厉的口哨噪声。2.4 换气噪声源。风扇进行冷却时，不断抽换转子和定子空隙之间的热气体，形成高速热气 流，特别当空隙存在间断性和不均匀性时，气流受阻引起非常强烈的笛鸣噪声 和涡流噪声。2.5 电磁噪声源。电动机产生电磁噪声的因素十分复杂，根据电机设计理论，电机的电磁噪 声主要源于磁通穿过定子绕组与转子铁心间气隙时所产生的径向电磁力波，包 括基波Blsins t,由定子绕组磁势所造成的各种谐波磁通工Bnsinns t,由转 子绕组磁势所造成的各种谐波磁通SBksiks t,等等，相互作用产生径向力波 形成电磁噪声。其强度与磁通大小、电机结构、振动特性、定子声辐射的性质 等有关。3. 电动机噪声的主要降噪措施3.1 机械噪声源的降噪。改善转子平衡的程度是降低机械噪声的关键措施之一,这很大程度上取决 于电机结构的设计和完善，制造、安装水平的提高。选择适当的电动机材料, 提高加工精度,使转子的质量分布和力矩相对于转轴尽可能接近完全对称,并 保持不变形。选择更高精度的轴承。保证轴承和轴承座端盖之间的配合良 好，如用焊接代替铆接。提高装配技术，校准中心，维持好动态平衡，注意 维护保养。底座和基础之间采取阻尼减振措施，如橡胶、弹簧等，或安装减 振器，加大机座的阻尼（如衬垫阻尼材料：J70-1防振隔热阻尼浆、沥青石棉 绒阻尼浆、软木防热隔振阻尼浆等）。这些都是降低机械噪声的方法。3.2 空气动力性噪声源的降噪。空气动力性噪声直接与气流的线速度和气压差有关，因此，使风路平滑， 气流顺畅，减少突变，降低气压差和气流速度，是降低空气动力性噪声的关键 具体措施如下。3.2.1 电动机主体结构系统的降噪。在额定转速和不影响电机做功要求的 前提下，合理设计电机结构，适当增加定子与转子的间隙，尽可能减小转子的 表面积，以最小限度的风速、风量满足电机的散热要求，这样产生的空气动力 性噪声降低就弱。提高制造工艺水平，使表面越光滑，不存在间断性和不均匀 性，对于降低电机产生的笛鸣噪声，可以达到很好的效果。3.2.2 冷却系统的降噪。风扇噪声是由旋转的叶片周期性打击空气而形成 的涡流噪声，所夹杂的基波和高次谐波与风扇的叶片数、直径、转速有关，叶 片数越多、直径越大、转速越高，产生的噪声越强。因此，在满足电机的散热 要求的前提下，改进冷却风扇的结构形状，叶片数量由多变少，缩小风扇的外 径，是降低风扇噪声最有效的措施。要考虑设计合理的通风途径，即风叶和风 罩间的风道与风口罩，改进排气口（风罩）和进气口形式，使风路平滑，减少 突变，气流顺畅，以有效减少涡流、层流噪声。3.3 电磁噪声源的降噪。电磁噪声是由电机定子、转子间的气隙磁场中各次谐波磁场相互作用所产 生的径向力波形成的。其强度决定于定子槽数、转子槽数、极对数的配合数值。 使转子槽数减少且接近于定子槽数，并将转子直槽改为斜槽，可增加漏抗，使 各次谐波磁场在定子绕组和转子绕组中互相感应的电流有不同程度的减小。这 样可有效控制和降低电动机的电磁噪声。4. 降低电机噪声的辅助措施前面介绍的都是对电机本身的噪声源采取降低噪声的措施。当电机噪声源 的噪声降低到一定程度后，要继续降低到环境噪声控制的要求，有时要花费很 多生产制造上的费用，这就要分析和权衡，可考虑采取辅助措施降低电机噪声。所谓辅助措施是指在声源以外配装辅助设备的降噪控制措施，通过在声源处控制、在传播途径上控制和保护接收者，最大限度地减小噪声对人类健康危害。4.1 噪声源处控制。4.1.1 消声。用消声器来降低噪声。消声器是一种既允许气流顺利通过， 又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置，可降低电机冷却系统产生的空气 动力性噪声。目前应用广泛的是微穿孔板消声器，其吸声系数高，吸收频带宽， 压力损失很小，气流再生噪声低，且易于控制。4.1.2 隔声。把声源封闭在有限的空间内，使声源与周围环境隔绝，隔断 辐射，如配装局部隔声罩、箱式隔声罩、组装式隔声罩等。甚至建造具有足够 隔声量的墙体，以及有一定隔声性能的门、窗组成的隔声间，将噪声源封闭。4.2.3 隔振与阻尼。为了防止电机通过刚性基础将振动放大或传给工作台， 在电机和基础之间安装减振器；在电机和其他结构间铺设具有一定弹性的衬里 材料，如橡胶板、软木、毛毡、石棉板等；在电机周围挖一条深沟，内填锯末 膨胀珍珠岩等。4.2 噪声传播途径的控制。噪声是通过空气媒质传播的，根据声学基本原理，接受点离声源的距离每 增加一倍，声强就会降低6 分贝。因此，可在声源与受影响者之间修建隔声屏 障，修建表面涂有吸声材料的吸声墙等，从噪声的传播途径加以控制。若条件 允许，可使电机和作业场所远离居民区，并在传播路径上种植有一定密度和宽 度的树丛和草坪，设立专门的绿化隔声带，或利用地形（如山岗、土坡等）阻 断、屏蔽噪声的传播。4.3 保护接收者。噪声控制的最后一关就是保护接收者。首先，车间在结构设计上要具有吸 声效果，建材采用多孔性吸声材料，以降低反射噪声；直达噪声仍超标时，对 车间操作人员要进行直接保护，佩带防护耳塞或防声头盔；对于强电磁噪声环 境下的工作人员，要进行屏蔽保护。考虑到工业噪声对居民的影响，居民室内 可装饰吸声材料，安装隔声门窗，等等。5. 结语电动机作为动力设备之所以在工农业生产中用量最大而且最为广泛，是因 为电动机很容易将电能转变为机械能，但同时不可避免地产生副作用噪声 电动机的噪声对人类健康造成了一定的危害，因此，对电动机进行噪声分析及 控制的研究具有理论和实践的重要意义。综上所述，要降低电机噪声，重在改 善电机的设计和结构。电机制造厂不断追求提高单位功率有效材料的利用率， 而用户追求效益，且民众对噪声问题的要求日益增高，为解决这一矛盾，必须 综合平衡电气性能和噪声特性。参考文献：1 何祚镛，赵玉芳等.声学理论基础M.国防工业出版社，1981.2 盛美萍等.噪声与振动控制技术基础M.科学出版社，2003.3 许实璋.电机学M.北京：机械工业出版社，1990.