通過(guò)公差環(huán)降低電動(dòng)機(jī)噪音及振動(dòng)

　　只需對(duì)普通家庭快速一瞥，就可以發(fā)現(xiàn)分馬力電機(jī)無(wú)處不在。從冰箱到吸塵器、從洗衣機(jī)到豆?jié){機(jī)，我們每天都在使用著通過(guò)低輸出功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電器。

　　盡管分馬力電機(jī)的用途和應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，但家用分馬力電機(jī)始終都面臨相同的問(wèn)題：那就是其所制造的噪音。家用電器中的電機(jī)所產(chǎn)生的過(guò)多的振動(dòng)破壞了寧?kù)o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(guò)度的噪音和振動(dòng)已經(jīng)被證實(shí)對(duì)人承受壓力的水平、情緒以及聽(tīng)力都具有負(fù)面影響。噪音和振動(dòng)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(dāng)于一臺(tái)15米遠(yuǎn)的拖拉機(jī)所制造的音量，并且必須忍受這樣的事實(shí)：那就是吸塵器是在密閉的空間內(nèi)工作，而且有時(shí)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)——這絕對(duì)構(gòu)成了潛在的有害“噪音量”。

　　正是如此，越來(lái)越多的分馬力電機(jī)廠家開(kāi)始考慮如何使其產(chǎn)品符合噪音、振動(dòng)和平穩(wěn)（NVH）標(biāo)準(zhǔn)，以確保用戶的健康和安全。除了成本競(jìng)爭(zhēng)力和效率以外，降低NVH成為了使用分馬力電機(jī)的各個(gè)行業(yè)最為關(guān)心的問(wèn)題之一，這就向工程師們提出了一項(xiàng)真正的挑戰(zhàn)。

　　在尋求降低NVH的方法過(guò)程中，對(duì)電器工程師而言，一個(gè)明智而有效的出發(fā)點(diǎn)便是選擇恰當(dāng)?shù)妮S承安裝方案。

　　軸承的安裝對(duì)于采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電器產(chǎn)品的NVH標(biāo)準(zhǔn)具有極大影響。當(dāng)需要在分馬力電機(jī)的正確位置上安裝軸承時(shí)，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(dòng)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(jiàn)的在分馬力電機(jī)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(gè)配合件伸入至另一個(gè)配合件之內(nèi)。采用膠粘劑法安裝軸承通常價(jià)格便宜且方法簡(jiǎn)單，該方法采用不穩(wěn)定溶劑來(lái)達(dá)到同樣的連接效果。

　　用“剛性”一詞來(lái)形容這兩種解決方案最為恰當(dāng)，因?yàn)樗粌H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(lái)自電機(jī)的振動(dòng)全部傳遞給電器組件，而未經(jīng)任何過(guò)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(dòng)方面并不適應(yīng)現(xiàn)代要求。通過(guò)粘合劑連接軸承以及采用壓入配合的軸承所形成的振動(dòng)導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)、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(zhǔn)確，這樣就增加了加工生產(chǎn)過(guò)程中不必要的成本。

　　公差環(huán)對(duì)于處理該工程問(wèn)題采取了不同的方法。重要的是，該方法同時(shí)影響傳遞率以及結(jié)構(gòu)修正，而這正是減少噪音和振動(dòng)的兩個(gè)主要途徑。在一項(xiàng)研究中，將安裝于真空吸塵器（除去渦輪機(jī)）內(nèi)的采用RENCOL公差環(huán)的電動(dòng)機(jī)與采用壓入配合軸承的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行比較，采用公差環(huán)的電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的總噪聲始終較低（高端功率工作范圍時(shí)為75.3分貝，而采用壓入配合的電動(dòng)機(jī)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(shí)為153分貝，而采用壓入配合的電動(dòng)機(jī)則為160分貝），公差環(huán)在總體的振動(dòng)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(dòng)傳遞路徑，因此而降低傳遞率。要對(duì)結(jié)構(gòu)修正進(jìn)行干預(yù)，可通過(guò)改變和調(diào)整由分馬力電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電器軸承上公差環(huán)的剛度和阻尼特性進(jìn)行。壓入配合以及采用粘合劑連接的軸承則相對(duì)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(shí)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(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)能量。在處理軸承和產(chǎn)品外殼之間的振動(dòng)傳遞的問(wèn)題上，在峰值和整體水平上，實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)最佳傳遞率（比例大于一則導(dǎo)致振幅擴(kuò)大，而比例小于一才具有隔振效果）。通過(guò)該微調(diào)方式，制造商可將系統(tǒng)的輸出振動(dòng)降低至與輸入振動(dòng)相同。同樣，通過(guò)采用公差環(huán)，產(chǎn)品外殼的制造公差可適當(dāng)放松以降低制造成本，使電機(jī)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(jì)專門適用于限制過(guò)度振動(dòng)造成的損害。

　　通過(guò)采用公差環(huán)，使得減少噪音和提高能效能夠有機(jī)結(jié)合，從而創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)特的賣點(diǎn)，特別適用于混合了AC（交流）和DC有刷（直流）電動(dòng)機(jī)的電器，對(duì)此類電器來(lái)說(shuō)，噪音、振動(dòng)以及平穩(wěn)性差始終是最大的問(wèn)題。越來(lái)越多的家電消費(fèi)者立足于這些環(huán)境因素來(lái)作出采購(gòu)決策。特別是在歐盟地區(qū)，產(chǎn)品須按規(guī)定標(biāo)注出在能效和消費(fèi)、運(yùn)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(biāo)識(shí)。公差環(huán)的應(yīng)用可以幫助制造商實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

　　無(wú)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(xì)節(jié)的制造廠商帶來(lái)豐厚的回報(bào)。隨著越來(lái)越多的消費(fèi)者開(kāi)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(duì)工業(yè)國(guó)家的主要環(huán)境公害作出認(rèn)定，而制造商則必須設(shè)法面對(duì)這一挑戰(zhàn)。

　　不同于其它軸承安裝方案，公差環(huán)的設(shè)計(jì)對(duì)造成噪音、振動(dòng)和影響平穩(wěn)性的兩個(gè)主要來(lái)源進(jìn)行干預(yù)，即傳遞率和結(jié)構(gòu)修正。不必再向過(guò)度振動(dòng)和噪聲所造成的不利影響低頭，對(duì)于家電制造商來(lái)說(shuō)，這些影響健康和安全的問(wèn)題可以迎刃而解，滿足市場(chǎng)日益提高的消費(fèi)需求。  

（責(zé)編 白洋）