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[摘要]本文针对某型异步牵引电机在例行试验中出现异常噪声问题，对该异常噪声的产生原因进行了分析，并提出了解决方案。
[关键词] 异步牵引电机 机械噪声 电磁噪声
中图分类号：TM922.71 文献标识码：A 文章编号：
引言
异步电机在正常时运行的声音是均匀平稳的，在发生故障时常伴有异常声音的出现，这种异常声音就是噪声。一旦出现噪声，必须停电检查，如继续运行会造成牵引电机故障扩大，甚至使牵引电机绕组烧毁与轴承损伤。异步电机出现的噪声有多种故障可产生。所以，在日常生产中，必须弄清楚异步牵引电机出现噪声的类型，进一步分析牵引电机的故障原因，以便故障及时处理。
1.电磁噪声
异步电机气隙不均匀是由定子铁心内圆变形或转子表面的非圆柱形引起的偏心、定转子安装不良或轴承磨损引起的偏心而造成的。由于气隙不均匀会使气隙磁导随转子旋转而周期性地变化，从而产生额外的谐波磁场，如果这些谐波磁场相互作用产生低阶次的电磁径向力，则会产生额外的电磁噪声，叠加在电机原有的噪声上。如气隙不均匀度较严重时，牵引电机可能会产生较大的噪声而影响其正常运行。
电机空隙中的磁场脉动，引起定子、转子和整个电机结构的振动产生的一种低频噪声为电磁噪声。其数值大小决定于电磁负荷与电机的设计参数。中速和低速电机此项噪声较突出。电磁噪声约占电机噪声总量的20%， 具体来源有：
（1）定、转子槽配合不当。
（2）定、转子长度配合不好（相差太多）。
（3）转子铁心的径向振动。
（4）绕组节距不对。
（5）转子槽斜度不够。
（6）某一级相组中线圈接反。
（7） 匝间短路、相间短路，并联绕组中有支路断路。
（8） 笼型转子的导条开焊或断裂。
2.机械噪声
异步电机机械噪声产生的因素主要有转子动平衡、零部件的机加工质量以及轴承装配因素造成的。机械噪声包括转子不平衡引起的激振力所产生的噪声、轴承噪声等。因此，机械噪声与振动的关系更密切。转子不平衡和轴承振动引起的激振力传到机座和端盖上将激发起噪声，同时还将通过底座和基础传播，这称为结构噪声和固体噪声。机械噪声的降低很大程度上取决于制造水平的提高和电机结构的完善，这需要加强生产技术管理。
2.1问题的提出及处理
自从进入低温季节以来，某型牵引电机陆续在出厂试验台上连续发生电机非传动端轴承异音的问题，电机非传动端轴承结构图见图1。
图1：非传动端轴承结构图
为彻查造成异音的原因，技术人员选定编号为0400、0401及0407的电机作为分析对象，对电机机座前后同轴度、端盖和轴承座的尺寸等进行了检查，检查步骤和记录如下。
表1：配件编号
序号 电机编号 机座编号 D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
1 0400 2007-08-074 070644 070694 070712
2 0401 2007-06-106 070552 070731 070821
3 0407 2007-08-053 070648 070438 070770
表2：非传动端端盖检查表
电机编号 配件名称 编号 相关尺寸 测量点1偏差 测量点2偏差
0400 N端端盖 070694
-0.02 -0.02
N端内轴承盖 070712
-0.02 -0.02
0401 N端端盖 070731
-0.02 -0.02
N端内轴承盖 070821
-0.02 -0.02
为检查相关形位公差对异音的影响，将机座、N端端盖、D端端盖、N端内轴承盖原装配在一起，送三坐标进行检查，检查结果如下。由于N端内轴承盖与轴承拆卸会损坏轴承，因此此次检查更换了新的N端内轴承盖。
电机铭牌号0401检查结果：
D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
坐标Y 0 0.0717 0.0103
坐标Y 0 0.0615 0.0469
直径尺寸 339.8975 166.0517 161.2768
圆度 0.0139 0.0149 0.0064
电机铭牌号0407检查结果：
D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
坐标Y 0 0.0025 0.0078
坐标Y 0 0.0705 0.0112
直径尺寸 339.8910 166.0227 161.3265
圆度 0.0093 0.0122 0.0084
考虑到电机振动会反过来破坏轴承润滑油膜，装配间隙对油膜的形成将直接影响，导致异音的出现。为避免电机振动反过来破坏轴承润滑油膜，间接地进一步实现轴承润滑改善，我们在在完全不违背电机设计图纸的前提下，对成品N端端盖和N端内轴承盖进行了分段选配的工艺验证，具体情况如下。
分段标识统计。根据标识，按A-A、B-B、C-C的方案进行选配，并做好记录。分段区间如下：
N端端盖
分段标识符号 A B C D
公差范围 -0.03～-0.01 -0.01～+0.01 +0.01～+0.03 +0.03～+0.05
N端内端盖
分段标识符号 A B C C
公差范围 -0.025～-0.01 -0.01～+0.005 +0.005～+0.02 +0.005～+0.02
装配后间隙范围 -0.02～+0.015 -0.015～+0.011 -0.01～+0.025 +0.01～+0.045
我们所作的工艺验证的结果统计如下表：
序號 装配类型 试验电机数 试验合格数 合格率
1 A-A、B-B、C-C 19 19 100%
2 C-D 6 4 67%
通过上述分析与工艺验证，在分段选配配件的基础上完全消除了该牵引电机在试验过程中产生的噪声。
2.2 原因分析
虽然单个配件检查符合图纸要求，但是在电机试验的过程中，由于轴承温升的原因，导致端盖与轴承座的配合间隙发生了变化，理论计算如下：
钢材的线膨胀系数：20～100 ℃：10.6～12.2×10-6/℃
假设影响轴承配件尺寸变化的平均溫度为：15 ℃
轴承座止口外径增加：340×15×12.2×10-6=0.0622mm
端盖止口内径减小：340×15×12.2×10-6=0.0622mm
导致配合间隙减小：0.0622+0.0622=0.1244mm
按设计要求，理论上轴承装配后轴承游隙在0.075mm～0.15mm之间，考虑轴承温升，部分电机无轴承游隙，润滑油膜无法形成，导致了电机噪声的产生。
2.3问题解决
配合间隙的减少直接影响了轴承游隙的变化，因此，根据工艺验证结果，将N端端盖的止口尺寸从 mm改为 mm。根据更改后的尺寸，后续装配了2000多台电机未出现异音的情况，该问题得到了彻底的解决。
3.结语
为了有效的控制和降低异步牵引电机噪声现象，除了生产过程中把好质量关外，还必须熟练掌握对电机噪声的监测、诊断和识别技术，以便采取有效的措施降噪。
参考文献
[1]沈标正.电机故障诊断技术[M] 北京：机械工业出版社，1997.
[2]许实章.电机学[M] 北京：机械工业出版社，2003
[关键词] 异步牵引电机 机械噪声 电磁噪声
中图分类号：TM922.71 文献标识码：A 文章编号：
引言
异步电机在正常时运行的声音是均匀平稳的，在发生故障时常伴有异常声音的出现，这种异常声音就是噪声。一旦出现噪声，必须停电检查，如继续运行会造成牵引电机故障扩大，甚至使牵引电机绕组烧毁与轴承损伤。异步电机出现的噪声有多种故障可产生。所以，在日常生产中，必须弄清楚异步牵引电机出现噪声的类型，进一步分析牵引电机的故障原因，以便故障及时处理。
1.电磁噪声
异步电机气隙不均匀是由定子铁心内圆变形或转子表面的非圆柱形引起的偏心、定转子安装不良或轴承磨损引起的偏心而造成的。由于气隙不均匀会使气隙磁导随转子旋转而周期性地变化，从而产生额外的谐波磁场，如果这些谐波磁场相互作用产生低阶次的电磁径向力，则会产生额外的电磁噪声，叠加在电机原有的噪声上。如气隙不均匀度较严重时，牵引电机可能会产生较大的噪声而影响其正常运行。
电机空隙中的磁场脉动，引起定子、转子和整个电机结构的振动产生的一种低频噪声为电磁噪声。其数值大小决定于电磁负荷与电机的设计参数。中速和低速电机此项噪声较突出。电磁噪声约占电机噪声总量的20%， 具体来源有：
（1）定、转子槽配合不当。
（2）定、转子长度配合不好（相差太多）。
（3）转子铁心的径向振动。
（4）绕组节距不对。
（5）转子槽斜度不够。
（6）某一级相组中线圈接反。
（7） 匝间短路、相间短路，并联绕组中有支路断路。
（8） 笼型转子的导条开焊或断裂。
2.机械噪声
异步电机机械噪声产生的因素主要有转子动平衡、零部件的机加工质量以及轴承装配因素造成的。机械噪声包括转子不平衡引起的激振力所产生的噪声、轴承噪声等。因此，机械噪声与振动的关系更密切。转子不平衡和轴承振动引起的激振力传到机座和端盖上将激发起噪声，同时还将通过底座和基础传播，这称为结构噪声和固体噪声。机械噪声的降低很大程度上取决于制造水平的提高和电机结构的完善，这需要加强生产技术管理。
2.1问题的提出及处理
自从进入低温季节以来，某型牵引电机陆续在出厂试验台上连续发生电机非传动端轴承异音的问题，电机非传动端轴承结构图见图1。
图1：非传动端轴承结构图
为彻查造成异音的原因，技术人员选定编号为0400、0401及0407的电机作为分析对象，对电机机座前后同轴度、端盖和轴承座的尺寸等进行了检查，检查步骤和记录如下。
表1：配件编号
序号 电机编号 机座编号 D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
1 0400 2007-08-074 070644 070694 070712
2 0401 2007-06-106 070552 070731 070821
3 0407 2007-08-053 070648 070438 070770
表2：非传动端端盖检查表
电机编号 配件名称 编号 相关尺寸 测量点1偏差 测量点2偏差
0400 N端端盖 070694
-0.02 -0.02
N端内轴承盖 070712
-0.02 -0.02
0401 N端端盖 070731
-0.02 -0.02
N端内轴承盖 070821
-0.02 -0.02
为检查相关形位公差对异音的影响，将机座、N端端盖、D端端盖、N端内轴承盖原装配在一起，送三坐标进行检查，检查结果如下。由于N端内轴承盖与轴承拆卸会损坏轴承，因此此次检查更换了新的N端内轴承盖。
电机铭牌号0401检查结果：
D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
坐标Y 0 0.0717 0.0103
坐标Y 0 0.0615 0.0469
直径尺寸 339.8975 166.0517 161.2768
圆度 0.0139 0.0149 0.0064
电机铭牌号0407检查结果：
D端端盖 N端端盖 N端内轴承盖
坐标Y 0 0.0025 0.0078
坐标Y 0 0.0705 0.0112
直径尺寸 339.8910 166.0227 161.3265
圆度 0.0093 0.0122 0.0084
考虑到电机振动会反过来破坏轴承润滑油膜，装配间隙对油膜的形成将直接影响，导致异音的出现。为避免电机振动反过来破坏轴承润滑油膜，间接地进一步实现轴承润滑改善，我们在在完全不违背电机设计图纸的前提下，对成品N端端盖和N端内轴承盖进行了分段选配的工艺验证，具体情况如下。
分段标识统计。根据标识，按A-A、B-B、C-C的方案进行选配，并做好记录。分段区间如下：
N端端盖
分段标识符号 A B C D
公差范围 -0.03～-0.01 -0.01～+0.01 +0.01～+0.03 +0.03～+0.05
N端内端盖
分段标识符号 A B C C
公差范围 -0.025～-0.01 -0.01～+0.005 +0.005～+0.02 +0.005～+0.02
装配后间隙范围 -0.02～+0.015 -0.015～+0.011 -0.01～+0.025 +0.01～+0.045
我们所作的工艺验证的结果统计如下表：
序號 装配类型 试验电机数 试验合格数 合格率
1 A-A、B-B、C-C 19 19 100%
2 C-D 6 4 67%
通过上述分析与工艺验证，在分段选配配件的基础上完全消除了该牵引电机在试验过程中产生的噪声。
2.2 原因分析
虽然单个配件检查符合图纸要求，但是在电机试验的过程中，由于轴承温升的原因，导致端盖与轴承座的配合间隙发生了变化，理论计算如下：
钢材的线膨胀系数：20～100 ℃：10.6～12.2×10-6/℃
假设影响轴承配件尺寸变化的平均溫度为：15 ℃
轴承座止口外径增加：340×15×12.2×10-6=0.0622mm
端盖止口内径减小：340×15×12.2×10-6=0.0622mm
导致配合间隙减小：0.0622+0.0622=0.1244mm
按设计要求，理论上轴承装配后轴承游隙在0.075mm～0.15mm之间，考虑轴承温升，部分电机无轴承游隙，润滑油膜无法形成，导致了电机噪声的产生。
2.3问题解决
配合间隙的减少直接影响了轴承游隙的变化，因此，根据工艺验证结果，将N端端盖的止口尺寸从 mm改为 mm。根据更改后的尺寸，后续装配了2000多台电机未出现异音的情况，该问题得到了彻底的解决。
3.结语
为了有效的控制和降低异步牵引电机噪声现象，除了生产过程中把好质量关外，还必须熟练掌握对电机噪声的监测、诊断和识别技术，以便采取有效的措施降噪。
参考文献
[1]沈标正.电机故障诊断技术[M] 北京：机械工业出版社，1997.
[2]许实章.电机学[M] 北京：机械工业出版社，2003