汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,該方法包括如下步驟：步驟一：建立電機(jī)結(jié)構(gòu)三維有限元模型，利用有限元法對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行計(jì)算，得出發(fā)電機(jī)各主要零部件及整機(jī)的模態(tài)特性，最后模態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)的對比分析，根據(jù)結(jié)果對有限元模型進(jìn)行調(diào)整；步驟二：在對電磁力特性的研究基礎(chǔ)上,通過對比不同加載方式的計(jì)算結(jié)果,用電磁力簡化加載方式對發(fā)電機(jī)電磁振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算；步驟三：應(yīng)用瞬態(tài)邊界元法進(jìn)行電磁聲輻射計(jì)算,得到各振動(dòng)響應(yīng)的聲輻射結(jié)果。本發(fā)明方法對電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行分析，從模態(tài)實(shí)驗(yàn)中提取結(jié)構(gòu)參數(shù)，預(yù)知振動(dòng)形態(tài)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，防止共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
【專利說明】汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車降噪領(lǐng)域，具體涉及一種汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽車在中國越來越普及，人們對汽車的舒適性要求也越來越高。車用發(fā)電機(jī)做為 汽車上必不可少的一部分，其噪聲標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。
[0003] 車用交流發(fā)電機(jī)的噪聲主要通過固體和空氣傳播兩種途徑傳遞到車輛的車室內(nèi)， 中國的各大汽車生產(chǎn)商對供應(yīng)商所提供交流發(fā)屯機(jī)的NVH性能要求也日益嚴(yán)格。所W發(fā)電 機(jī)的噪聲大小不僅反映了其生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)也一定程度上決定了其市場競爭力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法， 通過建立汽車電機(jī)結(jié)構(gòu)H維有限元模型，對電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行分析，從模態(tài)實(shí)驗(yàn)中提取 結(jié)構(gòu)參數(shù)，預(yù)知振動(dòng)形態(tài)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，防止共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包 括如下步驟；步驟一：首先建立電機(jī)結(jié)構(gòu)H維有限元模型，然后利用有限元法對發(fā)電機(jī)的 結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并與模態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比分析，W驗(yàn)證仿真計(jì)算的可靠性，并得出發(fā)電 機(jī)各主要零部件及整機(jī)的模態(tài)特性，最后模態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)的對比分析，根據(jù)結(jié)果對有限元 模型進(jìn)行調(diào)整；步驟二：在對電磁力特性的研究基礎(chǔ)上，通過對比不同加載方式的計(jì)算結(jié) 果，用電磁力簡化加載方式對發(fā)電機(jī)電磁振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算；步驟H ;將電磁振動(dòng)結(jié)果導(dǎo) 入LMS VirtuaL L油中，應(yīng)用瞬態(tài)邊界元法進(jìn)行電磁聲福射計(jì)算，得到各振動(dòng)響應(yīng)的聲 福射結(jié)果。所述步驟一中；有限元模型的建立是在有限元軟件Hyper Mesh中完成的，包括 發(fā)電機(jī)前端蓋、定子、后端蓋及整機(jī)的有限元模型，轉(zhuǎn)子W集中質(zhì)點(diǎn)的方式施加在整機(jī)模型 中。所述前端蓋、后端蓋與定子的接觸部分采用部分節(jié)點(diǎn)稱合的方式形成剛性連接。所述 前端蓋、定子和后端蓋的模態(tài)計(jì)算均是在自由狀態(tài)下進(jìn)行，只取3000化W下的模態(tài)。所述 有限元模態(tài)計(jì)算方法采用蘭索斯法。所述整機(jī)的模態(tài)特性測量是在發(fā)電機(jī)前端蓋、定子、后 端蓋和罩蓋的圓周表面上各選取18個(gè)點(diǎn)，每隔20°選取一點(diǎn)作為測點(diǎn)；全約束節(jié)點(diǎn)在測 量時(shí)直接跳過，在定子上選取一個(gè)響應(yīng)較好的固定節(jié)點(diǎn)做為H相傳感器的測量點(diǎn)，采用移 動(dòng)力鍵的方法進(jìn)行發(fā)電機(jī)模態(tài)測試，力鍵沿著徑向敲擊各測點(diǎn)。每個(gè)測點(diǎn)敲擊5遍，每遍 敲擊3次，W減小實(shí)驗(yàn)誤差。所述步驟H為：在Hyper Mesh中建立了發(fā)電機(jī)聲學(xué)模型，在 VirtuaL Lab中模擬發(fā)電機(jī)的噪聲測試環(huán)境及測點(diǎn)位置建立半消聲室聲學(xué)仿真環(huán)境和W發(fā) 電機(jī)中也為半徑的場點(diǎn)，把計(jì)算得到的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果做為邊界條件進(jìn)行聲福射計(jì)算， 得到發(fā)電機(jī)在1830化、1850化和2790化下的電磁聲福射結(jié)果；對電磁力的不同加載方式下 的強(qiáng)迫振動(dòng)進(jìn)行聲福射計(jì)算，得出不同加載方式下聲福射結(jié)果。所述設(shè)計(jì)方法還包括步驟 四：計(jì)算定子變形和偏也情況下的電磁噪聲。
[0006] 本發(fā)明有如下積極效果：通過建立汽車電機(jī)結(jié)構(gòu)H維有限元模型，對電機(jī)的結(jié)構(gòu) 模態(tài)進(jìn)行分析，從模態(tài)實(shí)驗(yàn)中提取結(jié)構(gòu)參數(shù)，預(yù)知振動(dòng)形態(tài)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，防止共振現(xiàn) 象的產(chǎn)生，進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】發(fā)電機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，W幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0009] 本發(fā)明方法包括H個(gè)步驟，下面按步驟介紹本發(fā)明方法的思路： 步驟一、電機(jī)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)； 電磁噪聲主要是指電磁力與電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)發(fā)生共振而向外福射的噪聲，因此對電 機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析，掌握模態(tài)固有頻率和振型，是深入進(jìn)行電磁噪聲研究的基礎(chǔ)。
[0010] 首先建立電機(jī)結(jié)構(gòu)H維有限元模型，然后利用有限元法對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行 計(jì)算，并與模態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比分析，W驗(yàn)證仿真計(jì)算的可靠性，并得出發(fā)電機(jī)各主要零部件 及整機(jī)的模態(tài)特性。最后模態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)的對比分析，根據(jù)結(jié)果對有限元模型進(jìn)行調(diào)整，從 而提高有限元模型的精確度，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供前期準(zhǔn)備。
[0011] 1.電機(jī)結(jié)構(gòu)H維有限元模型的建立 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的研究有多種方法，模態(tài)分析是一種近代產(chǎn)生的方法。我們知道模態(tài) 是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有屬性，與外界因素?zé)o關(guān)，模態(tài)參數(shù)包括固有頻率、阻尼比和固有振型。模 態(tài)參數(shù)的獲取可W通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算兩種途徑，，該個(gè)獲取模態(tài)參數(shù)的過程叫做模態(tài)分析，前 一種方法叫做實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，后一種又分為解析法和數(shù)值計(jì)算法，有限元法計(jì)算模態(tài)就是 基于后者的數(shù)值計(jì)算法求解的。
[0012] 固有模態(tài)只和結(jié)構(gòu)自身的固有特性有關(guān)，，與外界因素?zé)o關(guān)。結(jié)構(gòu)在外力作用下的 振動(dòng)響應(yīng)是各模態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)的線性疊加?？梢娔B(tài)計(jì)算是強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算的基礎(chǔ)。 當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)是多自由度系統(tǒng)時(shí)，此時(shí)存在多階模態(tài)，每一階模態(tài)都對應(yīng)著其模態(tài)參數(shù)，，包 括固有頻率、模態(tài)質(zhì)量、固有振型、模態(tài)剛度和阻尼比等。頻率、振型和阻尼是模態(tài)參數(shù)中最 為重要的，如果系統(tǒng)是無阻尼的則只有頻率和振型。模態(tài)計(jì)算很重要，通過模態(tài)計(jì)算能預(yù)知 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振的頻率和共振時(shí)的結(jié)構(gòu)變形，即可W為工程應(yīng)用提供參考，W避免共振所產(chǎn) 生的弊端。
[0013] 車用交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由皮帶輪、前端蓋、定子、轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇、后端蓋、整 流器、罩蓋等組成。發(fā)電機(jī)各零件的加工方法可知道各個(gè)零件的幾何特征均比較復(fù)雜，微小 的幾何特征（例如倒角）特別多，而有限元模型節(jié)點(diǎn)過多直接影響到計(jì)算速度且對計(jì)算機(jī) 的內(nèi)存要求也明顯提高。考慮到計(jì)算機(jī)的承受能力，在有限元模型建立時(shí)根據(jù)幾何特征對 模態(tài)的影響大小對其進(jìn)行適當(dāng)簡化，省略掉許多邊角結(jié)構(gòu)，W提高其運(yùn)算速度。
[0014] 項(xiàng)目有限元模型的建立是在有限元軟件Hyper Mesh中完成的，只建立了發(fā)電機(jī)前 端蓋、定子、后端蓋及整機(jī)的有限元模型，轉(zhuǎn)子及其他部分W集中質(zhì)點(diǎn)的方式施加在整機(jī)模 型中。
[0015] 發(fā)電機(jī)前后端蓋與定子的裝配在設(shè)計(jì)階段采用的是過盈配合，在實(shí)際產(chǎn)品上它們 之間是間隙配合，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中又因熱脹冷縮前后端蓋與定子間的配合會(huì)變得更緊 密，所W前后端蓋與定子的配合是比較復(fù)雜的。本文整機(jī)有限元模型中前、后端蓋與定子的 接觸部分采用部分節(jié)點(diǎn)稱合的方式形成剛性連接，螺栓連接部分采用beam和rigid單元進(jìn) 行簡化代替。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部件是通過軸承與發(fā)電機(jī)端蓋連接，該里只考慮了其質(zhì)量的影響， W集中質(zhì)量點(diǎn)的方式施加在模型中，通過reb3單元將mass質(zhì)點(diǎn)息掛在前后端蓋軸承位置 處，轉(zhuǎn)子部分的質(zhì)量為2. 256X 10e-3T。
[0016] 2.模態(tài)仿真計(jì)算 ANSYS中雖說沒有規(guī)定單位，但是用戶要根據(jù)單位統(tǒng)一原則來自己定義，本文中各物理 量采取的舉位制見表1，長度單位為mm,時(shí)間單位為S。
[0017] 表1計(jì)算使用的單位制

【權(quán)利要求】
1. 一種汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一：首先建立電機(jī)結(jié)構(gòu)三維有限元模型，然后利用有限元法對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模態(tài) 進(jìn)行計(jì)算，并與模態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比分析，以驗(yàn)證仿真計(jì)算的可靠性，并得出發(fā)電機(jī)各主要零 部件及整機(jī)的模態(tài)特性，最后模態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)的對比分析，根據(jù)結(jié)果對有限元模型進(jìn)行調(diào) 整； 步驟二：在對電磁力特性的研究基礎(chǔ)上，通過對比不同加載方式的計(jì)算結(jié)果，用電磁 力簡化加載方式對發(fā)電機(jī)電磁振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算； 步驟三：將電磁振動(dòng)結(jié)果導(dǎo)入LMS VirtuaL Lab中，應(yīng)用瞬態(tài)邊界元法進(jìn)行電磁聲輻 射計(jì)算，得到各振動(dòng)響應(yīng)的聲輻射結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟 一中：有限元模型的建立是在有限元軟件Hyper Mesh中完成的，包括發(fā)電機(jī)前端蓋、定子、 后端蓋及整機(jī)的有限元模型，轉(zhuǎn)子以集中質(zhì)點(diǎn)的方式施加在整機(jī)模型中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述前端 蓋、后端蓋與定子的接觸部分采用部分節(jié)點(diǎn)稱合的方式形成剛性連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述前端 蓋、定子和后端蓋的模態(tài)計(jì)算均是在自由狀態(tài)下進(jìn)行，只取3000Hz以下的模態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述有限 元模態(tài)計(jì)算方法采用蘭索斯法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述整機(jī) 的模態(tài)特性測量是在發(fā)電機(jī)前端蓋、定子、后端蓋和罩蓋的圓周表面上各選取18個(gè)點(diǎn)，每 隔20°選取一點(diǎn)作為測點(diǎn)；全約束節(jié)點(diǎn)在測量時(shí)直接跳過，在定子上選取一個(gè)響應(yīng)較好的 固定節(jié)點(diǎn)做為三相傳感器的測量點(diǎn)，采用移動(dòng)力錘的方法進(jìn)行發(fā)電機(jī)模態(tài)測試，力錘沿著 徑向敲擊各測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)敲擊5遍，每遍敲擊3次，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟 三為：在Hyper Mesh中建立了發(fā)電機(jī)聲學(xué)模型，在VirtuaL Lab中模擬發(fā)電機(jī)的噪聲測試 環(huán)境及測點(diǎn)位置建立半消聲室聲學(xué)仿真環(huán)境和以發(fā)電機(jī)中心為半徑的場點(diǎn)，把計(jì)算得到的 強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果做為邊界條件進(jìn)行聲輻射計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)在1830Hz、1850Hz和2790Hz 下的電磁聲輻射結(jié)果；對電磁力的不同加載方式下的強(qiáng)迫振動(dòng)進(jìn)行聲輻射計(jì)算，得出不同 加載方式下聲輻射結(jié)果。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車交流發(fā)電機(jī)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì) 方法還包括步驟四：計(jì)算定子變形和偏心情況下的電磁噪聲。
【文檔編號(hào)】H02P9/10GK104362918SQ201410662724
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】許其山, 曾慶平 申請人:蕪湖杰諾瑞汽車電器系統(tǒng)有限公司