通过公差环降低电动机噪音及振动

　　只需对普通家庭快速一瞥，就可以发现分马力电机无处不在。从冰箱到吸尘器、从洗衣机到豆浆机，我们每天都在使用着通过低输出功率电动机驱动的电器。

　　尽管分马力电机的用途和应用领域不尽相同，但家用分马力电机始终都面临相同的问题：那就是其所制造的噪音。家用电器中的电机所产生的过多的振动破坏了宁静的生活，并有可能损害健康，形成令人烦躁不安的噪声污染。过度的噪音和振动已经被证实对人承受压力的水平、情绪以及听力都具有负面影响。噪音和振动为人的身心制造了不必要的压力。例如，真空吸尘器的平均音量相当于一台15米远的拖拉机所制造的音量，并且必须忍受这样的事实：那就是吸尘器是在密闭的空间内工作，而且有时持续时间很长——这绝对构成了潜在的有害“噪音量”。

　　正是如此，越来越多的分马力电机厂家开始考虑如何使其产品符合噪音、振动和平稳（NVH）标准，以确保用户的健康和安全。除了成本竞争力和效率以外，降低NVH成为了使用分马力电机的各个行业最为关心的问题之一，这就向工程师们提出了一项真正的挑战。

　　在寻求降低NVH的方法过程中，对电器工程师而言，一个明智而有效的出发点便是选择恰当的轴承安装方案。

　　轴承的安装对于采用电机驱动的电器产品的NVH标准具有极大影响。当需要在分马力电机的正确位置上安装轴承时，主要采取以下三种方法，即：压入配合、胶粘剂解决方案或采用公差环。这三种方案减少噪音和振动方法不同，其效果亦不尽相同。

　　压入配合和胶粘剂解决方案是最为常见的在分马力电机上安装轴承的方法，这两种方法均仅仅依靠刚度和刚性紧固轴承。压入配合或干涉配合（正如其字面意义）是将配合件压合在一起形成摩擦，即：一个配合件伸入至另一个配合件之内。采用胶粘剂法安装轴承通常价格便宜且方法简单，该方法采用不稳定溶剂来达到同样的连接效果。

　　用“刚性”一词来形容这两种解决方案最为恰当，因为它不仅描述出了连接的性质，而且预示了其降低NVH效力不佳。压合轴承以及采用粘合剂连接的轴承的这种刚性将来自电机的振动全部传递给电器组件，而未经任何过滤。由于系统中的能量以及平衡失调而导致NVH水平未能得到降低。结果，在这两种情况下，轴承的安装在减少噪音和振动方面并不适应现代要求。通过粘合剂连接轴承以及采用压入配合的轴承所形成的振动导致了能源的浪费、巨大的噪音并加快了磨损，从而造成产品的迅速老化并最终丧失潜在的客户。此外，这两种解决方案均需要非常精确的公差，以使配合准确，这样就增加了加工生产过程中不必要的成本。

　　公差环对于处理该工程问题采取了不同的方法。重要的是，该方法同时影响传递率以及结构修正，而这正是减少噪音和振动的两个主要途径。在一项研究中，将安装于真空吸尘器（除去涡轮机）内的采用RENCOL公差环的电动机与采用压入配合轴承的电动机进行比较，采用公差环的电动机所产生的总噪声始终较低（高端功率工作范围时为75.3分贝，而采用压入配合的电动机则为84.2分贝）。除了在低端功率工作范围内（高端功率工作范围时为153分贝，而采用压入配合的电动机则为160分贝），公差环在总体的振动情况方面也表现更好。

　　在传递率方面，公差环的作用如同弹簧，能够破坏振动传递路径，因此而降低传递率。要对结构修正进行干预，可通过改变和调整由分马力电机驱动的电器轴承上公差环的刚度和阻尼特性进行。压入配合以及采用粘合剂连接的轴承则相对传递率低并且阻尼极小。

　　公差环由优质钢材制成，为径向弹簧型工程紧固件，实现了元件之间的最佳连接。公差环的关键特征是围绕其一周的径向突起部分，该特征有效地吸收了由分马力电机所产生的振动能量。在处理轴承和产品外壳之间的振动传递的问题上，在峰值和整体水平上，实现电机噪音的降低。

　　公差环弹簧般的质地及其材料厚度和几何构造的能力可以改变轴承的刚度，从而实现最佳传递率（比例大于一则导致振幅扩大，而比例小于一才具有隔振效果）。通过该微调方式，制造商可将系统的输出振动降低至与输入振动相同。同样，通过采用公差环，产品外壳的制造公差可适当放松以降低制造成本，使电机和主轴轴承寿命得以增加。不同于采用粘合剂和压入配合方式连接轴承，公差环的设计专门适用于限制过度振动造成的损害。

　　通过采用公差环，使得减少噪音和提高能效能够有机结合，从而创造了一个独特的卖点，特别适用于混合了AC（交流）和DC有刷（直流）电动机的电器，对此类电器来说，噪音、振动以及平稳性差始终是最大的问题。越来越多的家电消费者立足于这些环境因素来作出采购决策。特别是在欧盟地区，产品须按规定标注出在能效和消费、运行成本和噪音输出方面的技术信息，最高效的产品甚至带有节能推荐标识。公差环的应用可以帮助制造商实现这一目标。

　　无论是何种家用电器，选择合适的轴承安装解决方案可以为追求细节的制造厂商带来丰厚的回报。随着越来越多的消费者开始将注意力集中在产品的降噪减振和提高平稳性方面，世界卫生组织已经对工业国家的主要环境公害作出认定，而制造商则必须设法面对这一挑战。

　　不同于其它轴承安装方案，公差环的设计对造成噪音、振动和影响平稳性的两个主要来源进行干预，即传递率和结构修正。不必再向过度振动和噪声所造成的不利影响低头，对于家电制造商来说，这些影响健康和安全的问题可以迎刃而解，满足市场日益提高的消费需求。  

（责编 白洋）