通過公差環(huán)降低電動機噪音及振動

　　只需對普通家庭快速一瞥，就可以發(fā)現(xiàn)分馬力電機無處不在。從冰箱到吸塵器、從洗衣機到豆?jié){機，我們每天都在使用著通過低輸出功率電動機驅(qū)動的電器。

　　盡管分馬力電機的用途和應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，但家用分馬力電機始終都面臨相同的問題：那就是其所制造的噪音。家用電器中的電機所產(chǎn)生的過多的振動破壞了寧靜的生活，并有可能損害健康，形成令人煩躁不安的噪聲污染。過度的噪音和振動已經(jīng)被證實對人承受壓力的水平、情緒以及聽力都具有負面影響。噪音和振動為人的身心制造了不必要的壓力。例如，真空吸塵器的平均音量相當于一臺15米遠的拖拉機所制造的音量，并且必須忍受這樣的事實：那就是吸塵器是在密閉的空間內(nèi)工作，而且有時持續(xù)時間很長——這絕對構(gòu)成了潛在的有害“噪音量”。

　　正是如此，越來越多的分馬力電機廠家開始考慮如何使其產(chǎn)品符合噪音、振動和平穩(wěn)（NVH）標準，以確保用戶的健康和安全。除了成本競爭力和效率以外，降低NVH成為了使用分馬力電機的各個行業(yè)最為關(guān)心的問題之一，這就向工程師們提出了一項真正的挑戰(zhàn)。

　　在尋求降低NVH的方法過程中，對電器工程師而言，一個明智而有效的出發(fā)點便是選擇恰當?shù)妮S承安裝方案。

　　軸承的安裝對于采用電機驅(qū)動的電器產(chǎn)品的NVH標準具有極大影響。當需要在分馬力電機的正確位置上安裝軸承時，主要采取以下三種方法，即：壓入配合、膠粘劑解決方案或采用公差環(huán)。這三種方案減少噪音和振動方法不同，其效果亦不盡相同。

　　壓入配合和膠粘劑解決方案是最為常見的在分馬力電機上安裝軸承的方法，這兩種方法均僅僅依靠剛度和剛性緊固軸承。壓入配合或干涉配合（正如其字面意義）是將配合件壓合在一起形成摩擦，即：一個配合件伸入至另一個配合件之內(nèi)。采用膠粘劑法安裝軸承通常價格便宜且方法簡單，該方法采用不穩(wěn)定溶劑來達到同樣的連接效果。

　　用“剛性”一詞來形容這兩種解決方案最為恰當，因為它不僅描述出了連接的性質(zhì)，而且預(yù)示了其降低NVH效力不佳。壓合軸承以及采用粘合劑連接的軸承的這種剛性將來自電機的振動全部傳遞給電器組件，而未經(jīng)任何過濾。由于系統(tǒng)中的能量以及平衡失調(diào)而導(dǎo)致NVH水平未能得到降低。結(jié)果，在這兩種情況下，軸承的安裝在減少噪音和振動方面并不適應(yīng)現(xiàn)代要求。通過粘合劑連接軸承以及采用壓入配合的軸承所形成的振動導(dǎo)致了能源的浪費、巨大的噪音并加快了磨損，從而造成產(chǎn)品的迅速老化并最終喪失潛在的客戶。此外，這兩種解決方案均需要非常精確的公差，以使配合準確，這樣就增加了加工生產(chǎn)過程中不必要的成本。

　　公差環(huán)對于處理該工程問題采取了不同的方法。重要的是，該方法同時影響傳遞率以及結(jié)構(gòu)修正，而這正是減少噪音和振動的兩個主要途徑。在一項研究中，將安裝于真空吸塵器（除去渦輪機）內(nèi)的采用RENCOL公差環(huán)的電動機與采用壓入配合軸承的電動機進行比較，采用公差環(huán)的電動機所產(chǎn)生的總噪聲始終較低（高端功率工作范圍時為75.3分貝，而采用壓入配合的電動機則為84.2分貝）。除了在低端功率工作范圍內(nèi)（高端功率工作范圍時為153分貝，而采用壓入配合的電動機則為160分貝），公差環(huán)在總體的振動情況方面也表現(xiàn)更好。

　　在傳遞率方面，公差環(huán)的作用如同彈簧，能夠破壞振動傳遞路徑，因此而降低傳遞率。要對結(jié)構(gòu)修正進行干預(yù)，可通過改變和調(diào)整由分馬力電機驅(qū)動的電器軸承上公差環(huán)的剛度和阻尼特性進行。壓入配合以及采用粘合劑連接的軸承則相對傳遞率低并且阻尼極小。

　　公差環(huán)由優(yōu)質(zhì)鋼材制成，為徑向彈簧型工程緊固件，實現(xiàn)了元件之間的最佳連接。公差環(huán)的關(guān)鍵特征是圍繞其一周的徑向突起部分，該特征有效地吸收了由分馬力電機所產(chǎn)生的振動能量。在處理軸承和產(chǎn)品外殼之間的振動傳遞的問題上，在峰值和整體水平上，實現(xiàn)電機噪音的降低。

　　公差環(huán)彈簧般的質(zhì)地及其材料厚度和幾何構(gòu)造的能力可以改變軸承的剛度，從而實現(xiàn)最佳傳遞率（比例大于一則導(dǎo)致振幅擴大，而比例小于一才具有隔振效果）。通過該微調(diào)方式，制造商可將系統(tǒng)的輸出振動降低至與輸入振動相同。同樣，通過采用公差環(huán)，產(chǎn)品外殼的制造公差可適當放松以降低制造成本，使電機和主軸軸承壽命得以增加。不同于采用粘合劑和壓入配合方式連接軸承，公差環(huán)的設(shè)計專門適用于限制過度振動造成的損害。

　　通過采用公差環(huán)，使得減少噪音和提高能效能夠有機結(jié)合，從而創(chuàng)造了一個獨特的賣點，特別適用于混合了AC（交流）和DC有刷（直流）電動機的電器，對此類電器來說，噪音、振動以及平穩(wěn)性差始終是最大的問題。越來越多的家電消費者立足于這些環(huán)境因素來作出采購決策。特別是在歐盟地區(qū)，產(chǎn)品須按規(guī)定標注出在能效和消費、運行成本和噪音輸出方面的技術(shù)信息，最高效的產(chǎn)品甚至帶有節(jié)能推薦標識。公差環(huán)的應(yīng)用可以幫助制造商實現(xiàn)這一目標。

　　無論是何種家用電器，選擇合適的軸承安裝解決方案可以為追求細節(jié)的制造廠商帶來豐厚的回報。隨著越來越多的消費者開始將注意力集中在產(chǎn)品的降噪減振和提高平穩(wěn)性方面，世界衛(wèi)生組織已經(jīng)對工業(yè)國家的主要環(huán)境公害作出認定，而制造商則必須設(shè)法面對這一挑戰(zhàn)。

　　不同于其它軸承安裝方案，公差環(huán)的設(shè)計對造成噪音、振動和影響平穩(wěn)性的兩個主要來源進行干預(yù)，即傳遞率和結(jié)構(gòu)修正。不必再向過度振動和噪聲所造成的不利影響低頭，對于家電制造商來說，這些影響健康和安全的問題可以迎刃而解，滿足市場日益提高的消費需求。  

（責(zé)編 白洋）