摘　要：轴承噪声是近年来电机工作者们共同关注的话题，文章分析了影响轴承噪声的主要原因，简要介绍了问题的预防及解决措施。电机的噪声由机械噪声、电磁噪声和通风噪声三部分组成，其中机械噪声的主要来源之一是轴承噪声，因此，控制电机的轴承噪声可以有效降低电机的整体噪声。轴承是电机的主要故障点之一。当电机轴承出现故障时会体现在轴承的振动、噪声与发热上，而三者之间又互相关联，互相影响，因此，解决电机的轴承噪声可以降低电机的轴承故障，提高电机的整体质量水平。
　　关键词：电机；滚动轴承；噪声
　　0　引言
　　随着人类社会对环保意识的不断增强，噪声污染已经越来越多的被人们所重视。电机作为工业设备的主要驱动力，也是产生工业噪声的主要来源，因此电机的低噪声化对降低噪声污染具有重要意义。我国对电机噪声限值的控制标准GB10069.3《旋转电机噪声测定方法及限值第3部分：噪声限值》在2008年进版时，对部分中小型电机的噪声限值降低幅度很大，由此可见，我国对电机噪声的重视程度。电机的噪声包括电磁噪声、通风噪声和机械噪声，而机械噪声的主要来源之一就是电机的轴承噪声，因此如何控制电机的轴承噪声，对降低电机的整体噪声将尤为重要。
　　根据摩擦方式的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类，这两类轴承在电机上的应用都很广泛。在电机结构上，轴承是连接电机定子与转子，限定定转子相对位置，并保证电机准确运行的承载部件。由于滚动轴承具有使用维护方便，运转精度高，起动性能好，可使电机轴向结构紧凑以及成本低等诸多优点，在中小型电机上被广泛应用。本文主要论述电机上滚动轴承（以下简称轴承）的振动与噪声。
　　轴承是电机的关键部件，同时也是电机的主要故障点之一，统计表明，采用滚动轴承作为支撑部件的电机有近30%的故障直接或间接的与轴承有关，这些故障的Z终结果导致轴承失效，电机停止运转，造成经济损失。电机上滚动轴承的故障会体现在轴承的振动上，进而产生轴承噪声、轴承发热等现象，但是在轴承故障初期，轴承的振动、噪声、发热等现象并不明显，只有某些小的变化，不容易被察觉，往往被人们所忽视，而当这些现象一旦表现明显时，轴承的失效已经发生，此时如不立即采取措施，将会带来不可预知的严重后果。
　　1　滚动轴承的噪声源
　　振动是产生噪声的根源，轴承的噪声与振动密不可分，为了保证轴承工作时低振动、低噪声，必须从轴承质量以及电机的轴承结构设计、轴承支撑件加工工艺、轴承的维护等各方面全面考虑。影响轴承振动与噪声主要有下列因素：
　　1）轴承各元件的精度，即轴承的质量；2）轴承中存在灰尘或杂物；3）轴承的润滑状态；4）轴承的工作游隙；5）电机转速及支撑件的固有频率；6）轴承支撑件的结构型式；7）负载和运行温度；8）电机的轴电流。
　　2　产生轴承振动与噪声的因素及解决措施
　　2.1 轴承类型尺寸的选择
　　轴承的直径越小，由其所引起的振动与噪声越小。研究表明，振动程度随着轴承直径的增加而增大，直径每增加5mm，振动约增大（1～2）dB，并且轴承噪声随着滚动体直径的增加而增大，球轴承产生的噪声要低于滚子轴承。
　　轴承保持架的结构和材料也是影响轴承噪声的主要因素，一般非金属保持架产生的噪声低于金属保持架。选择轴承保持架的材料时要综合考虑轴承运行温度、润滑脂类型以及电机旋转速度等多种因素的影响，由尼龙、玻璃纤维、树脂等材料制成的非金属保持架对这些因素会比较敏感，选择时应慎重。随着轴承结构和材料科学的不断发展进步，保持架的结构和材料也在不断地更新，近年来低振动噪声轴承保持架不断研制成功，使轴承保持架对轴承振动噪声的影响正在随着科学技术的发展逐渐降低^[3]。
　　综上所述，在电机设计时，应以小直径、轻系列、低噪声保持架的球轴承作为优选方案。
　　2.2 配合的选择
　　轴承与轴承室及与轴的配合的选择要保证轴承内圈与轴承外圈的固定，即电机运转时轴承内圈与轴、轴承外圈与轴承室之间不能发生滑动，又要保证轴承的工作游隙合适。
　　轴承的工作游隙是轴承在工作时的径向游隙，取决于轴承内圈在轴上和轴承外圈在轴承室中的配合紧度以及电机运行状态下内圈和外圈所产生的温差。通常内转子电机轴承内圈和轴之间的配合比轴承外圈和轴承室之间的配合要紧，轴承安装后轴承内圈膨胀，外圈收缩，从而使轴承的原始游隙变小；又由于电机工作时轴承温度升高，一般内圈温度要高于外圈温度，使轴承内圈与外圈产生温度差，轴承内圈热膨胀量高于外圈，进一步减小了轴承的游隙。由此可见，轴承的配合与其工作游隙关系密切，因此，选择轴承配合时要综合考虑轴承套圈的固定以及轴承的工作游隙两个问题。过大的径向工作游隙会导致轴承运行过程中的负荷区域过小，影响轴承的寿命，并产生较大的振动与噪声；理论上轴承的工作游隙越小，滚动体在无载荷区的引导就越好，轴承在运行中的噪声就越小，但是过小的工作游隙会使轴承抱死。
　　轴承外圈与轴承室间的配合型式会影响振动与噪声的传播。从声学的传播角度考虑，配合松一些较好，这样，配合面处的间隙对轴承外圈的振动将会产生阻尼作用，但如果配合过松会引起响声，并且会导致外圈在轴承室内滑动。轴承装配时外圈的径向间隙一般宜限制在（3～9）μm的范围内^[1，2]，但这一数据Z好根据实践经验选取。
　　2.3 轴承预负荷
　　无论是球轴承还是滚子轴承，工作时轴承所受负荷必须大于轴承的Z小工作负荷才能使轴承的滚动体在滚道内实现纯滚动，否则，滚动体将采用滚动与滑动相结合的方式在滚道内运行，这种滑动现象将会破坏滚动体与滚道之间的润滑膜，使滚动体与滚道之间发生摩擦，严重时将会出现磨损现象，这种现象一方面会由于摩擦生热使轴承温度升高，另一方面由于摩擦会使滚动体振动，产生噪声。
　　对于球轴承来说，一般采用在轴承轴向上设置弹簧，对轴承施加轴向预压力的方法来消除球轴承中的内部间隙，以消除由于松散的滚动体在滚道内运动不受约束的现象。而对于只能承受径向力的圆柱滚子轴承来说，一般电机转子重力都要大于其所需要的Z小预负荷，所以，不需另加结构来配置。
　　2.4 对同轴度的要求
　　电机两端轴承的同轴度是影响电机轴承振动并产生噪声的重要因素。选择轴承配置型式时，Z好使轴承配置具有自动调心功能，这样可减小整个结构的不对中量。对于不具有自动调心功能的配置，应采取提高加工精度，增加轴的刚性等措施，使轴的角度不对中保持在Z小值内。
　　对于采用几个轴承并列安装组合起来使用的轴承结构，因其限制了轴线角度变化的灵活性，对轴系的同轴度特别敏感，结构设计时必须注意，这种结构不但影响轴承的噪声，而且会影响到轴承的受力情况，进而影响到轴承的寿命。采用这种结构时，可通过具有自动调心功能的球形轴承座来解决调心问题，但是，这种球形轴承座加工较复杂。图1为“双列”组合的圆柱滚子轴承和“三列”组合的角接触球轴承的可调心球形轴承座结构示意图。
　　2.5 对与轴承套圈配合部位的加工要求 　　与轴承套圈配合的部位是指轴上与轴承内圈配合的轴承台的外径以及轴承座上与轴承外圈配合的轴承室的内径。这两个部位的尺寸公差、表面粗糙度及形位公差要严格控制。如果这些部位加工不好，它的误差会传递给轴承套圈上与滚动体接触的滚道，当滚动体在不规则的滚道上运行时，将使滚动体振动并产生噪声。
　　2.6 润滑脂的污染对轴承噪声的影响
　　轴承内部润滑脂被污染是轴承产生振动噪声的另一个重要原因。电机运行时，工作着的滚动体与轴承套圈上的滚道之间会形成很薄的油膜，如果润滑脂被污染，油膜将会被污染物破坏，滚动体与滚道之间直接接触，在滚动体和滚道表面形成凹坑或划痕，长时间的破坏将使其形状不规则，运行时产生振动噪声。
　　润滑脂变质和轴承密封结构是污染润滑脂的主要途径。长期工作的润滑脂会产生氧化变质与凝缩分油现象，Z终碳化结块，这种现象在高温下会更加严重，因此，应定期更换润滑脂，保证其新鲜干净。对于特殊的在高温下运行的轴承，应采用高温性能好的润滑脂。另外，Z好将轴承的注排油结构设计成不停机即可更换润滑脂的形式，以方便日常维护。
　　轴承的密封是润滑脂被污染的另一个途径，轴承密封的形式及结构应考虑到电机运行环境条件。Z基本的应该做到能够防止正常环境条件下灰尘、水分、酸的蒸汽等的侵入。应用到特殊环境下（例如高粉尘、常淋水等）的电机可以考虑采用迷宫式密封与橡胶密封圈组成的综合式密封结构^[3]。
　　2.7 电机的运输与存放对轴承噪声的影响
　　一些电机在制造厂试验时检测的轴承噪声是合格的，但是，电机经过长时间放置再运行或运抵用户现场安装后再运行时，常会发现轴承振动不合格，产生噪声的情况。这种情况轴承振动与噪声是由于滚动体变形且轴承套圈滚道存在压痕产生的。
　　对于长时间放置不转动的电机，滚动体处于静止状态，其与轴承套圈滚道接触部位面积非常微小，甚至为点接触，在转子重力作用下对接触点产生的压应力将会很大，长时间受力的滚动体与轴承套圈滚道表面会形成塑性变形产生凹坑，凹坑使电机轴承振动，并产生噪声。因此，对于长时间闲置不运行的电机，应定期转动电机转子，更换受力滚动体及轴承套圈滚道受力部位，避免这种现像发生。
　　电机运输过程中轴承受损产生噪声的原因与电机长时间放置产生轴承噪声的原因相似。我们知道，生产成合格出厂的电机无论采用那种运输方式都避免不了运输过程中的颠簸，由于轴承游隙的存在，这种颠簸势必造成电机转子在游隙许可范围内的振动，而由于振动产生的冲击力将完全由轴承承担，这种冲击力会对滚动体和轴承套圈滚道造成伤害，使滚动体与轴承套圈滚道表面形成塑性变形产生凹坑进而产生轴承振动与噪声。其实解决这一问题的方法很简单，只要我们在电机运输前将电机的转子固定牢靠即可。
　　越大的电机，转子越重，在电机的运输与存放过程中对轴承产生这种破坏的几率越大，因此，对于一些大电机的运输与存放应特别注意。
　　3　总结
　　产生轴承噪声的因素还有很多，例如润滑脂粘度、电机的轴电流以及轴承的装配损伤等，但是不管轴承噪声是什么原因引起的Z终都会体现在轴承的寿命上，因此，无论是从环保上还是从电机质量上考虑，降低轴承噪声对电机生产及使用部门都是非常重要的。只要能够采用合理的设计结构，先进的加工工艺，加之正确的使用维护方法，多数轴承事故问题都是可以避免的。
　　参考文献
　　[1]И.Г.舒波夫.电机的噪声和振动[M].北京：机械工业出版社，1980.
　　[2]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，1982.
　　[3]S.J.杨.低噪声电动机[M].北京：科学出版社，1985.