Уровень шума работающего сверхвысокоскоростного двигателя характеризует степень совершенства его конструкции и балансировки. а также величин вибраций. Весьма важным следует считать создание нормальных акустических условий, так как чрезмерный шум утомляет человека. По происхождению шумы в электродвигателе можно разделить на ударные шумы трения, шумы от завихрений воздуха, шумы создаваемые механическими и электромагнитными силами.
Ударный шум возникает от соприкосновения двух тел и зависит от скорости, массы и амортизирующих свойств соударяющихся тел. Например, при шлифовании вал электрошпинделя соприкасается с поверхностью обрабатываемой детали, при этом происходит соударение и возникает ударный шум.
Шум трения или подшипниковый шум возникает в результате шероховатости трущихся поверхностей: вращающейся и неподвижной частей шарикоподшипников. Такие шумы зависят от качества обработки трущихся поверхностей, их смазки и демпфирующих свойств материалов.
Шумы от завихрений воздуха (аэродинамические) зависят от конструкции пазов статора и ротора, от частоты вращающегося ротора, от степени шероховатости поверхностей ротора и статора.
Шумы, вызванные механическими силами, обусловлены небалансом вращающихся деталей.
Электромагнитные причины шума связаны с конструкцией активной части двигателя: соотношением чисел пазов статора и ротора, их конструкцией, качеством спрессовки (шихтовки) пакета статора и ротора. Кроме того, при пуске асинхронного двигателя возникают свободные токи в обмотках, которые могут создавать электромагнитные силы, вызывающие дополнительные вибрации и шумы двигателя.
Ударный шум можно снизить путем разработки соответствующей технологии изготовления деталей, правильной эксплуатации двигателя, а также выполнением двигателя в массивном корпусе. Шум становится мал при применении сверхпозиционных подшипников с предварительным устранением люфтов путем создания пружинами усилий в аксиальном направлении. В процессе работы подшипников натяжение ослабевает, в результате может возникнуть шум в подшипниках. В этом случае следует проверить натяжение подшипников и эффективность их смазки.
Аэродинамический шум можно уменьшить путем выполнения закрытых пазов или применением для полузакрытых пазов статора специальных фасонных клиньев, закрывающих шлиц паза. Поверхность ротора сверхвысокоскоростного двигателя шлифуется для уменьшения трения о воздух при его вращении. Поверхность лобовых частей и внутреннюю поверхность статора следует покрывать лаком. В отдельных двигателях целесообразно делать вакуумное снижение шумов и аэродинамических потерь.
Шумы, вызванные механическими силами, снижаются в результате тщательной динамической балансировки ротора на сверхпрецизионных балансировочных станках, а также балансировки собранного двигателя при номинальной скорости вращения.
Электромагнитный шум связан с возникновением добавочных (паразитных) синхронных и асинхронных моментов, а также с вибрацией слабо спрессованных спальных листов под действием магнитного поля. Паразитные асинхронные и синхронные моменты не возникнут, если правильно выбраны числа пазов статора и ротора, их конструкция и обмотка статора. Они значительно снижаются при наличии скоса пазов. Правильный выбор укорочения шага обмотки статора приводит к снижению гармонических в кривой намагничивающей силы, а следовательно, и в кривой поля, что благоприятно влияет на работу двигателя.
При весьма больших частотах вращения сверхвысокоскоростных двигателей преобладающим шумом является аэродинамический шум, а также электромагнитный шум весьма высокой частоты и малой громкости, напоминающий комариный писк.
Установить величину уровня шума можно путем измерения или расчета. При измерениях определяют предельно допустимые уровни шума в функции частоты в данном помещении и уровни звуковой мощности шума для каждой активной полосы частот. Таким путем находят уровни мощности в каждой активной полосе, гарантирующие сохранность слуха обслуживающего персонала в течение длительного времени работы. В сверхвысокоскоростных электрошпинделях уровень шумов, измеренный в шумовой камере, составляет до 25 дБ.
Исследования шумов и вибраций электрических машин производились в заводской лаборатории, которая не имеет звукоизоляционной камеры. Для измерения амплитуды вибраций, скорости, ускорения применялся прибор виброметр ИВ-4. Результаты измерений вибраций и интегральных шумов даны в табл. 6-3.
Таблица 6-3
Как видно из табл. 6-3, уровень шума исследованных машин в помещении лаборатории находится в пределах 60—76 дБ. Так как указанные в табл. 6-3 значения шумов были замерены в лабораторном помещении, а не в звукоизоляционной камере, то следует считать, что собственные шумы исследованных машин находятся в пределах нормы, допускаемой ГОСТ, — менее 65 дБ. Что касается значений вибраций, то, как видно из табл. 6-3, они сравнительно малы.
В индукторных машинах велики потери на трение ротора и с этим связан повышенный уровень шума. С целью снижения потерь на трение зубчатого ротора о воздух и уровня шума рекомендуется заполнять пазы (впадины) ротора пластмассой типа АГ-4С, которая имеет высокие механические свойства и ничтожно малую электропроводность. Конструктивно заполнение поверхности ротора пластмассой следует осуществить в виде клетки типа «беличье колесо», т. е. пластмассовые стержни в открытых пазах (впадинах) соединяются в процессе опрессовки с пластмассовыми кольцами, расположенными по торцам шихтованного из стали пакета ротора. Таким образом пластмассовые стержни оказываются жестко соединены с торцевыми пластмассовыми кольцами. При вращении ротора на пластмассовые стержни действуют центробежные силы, однако сами стержни являются «балками», жестко закрепленными по торцам в пластмассовых кольцах.
Что касается потерь на трение и шума сверхвысокоскоростных электродвигателей, то они происходят в основном по механическим причинам от трения бочки ротора о воздух и трения в подшипниках.
