NVH培訓(xùn)教案課件

車用電機噪聲與振動控制華川電裝&西南交大主要內(nèi)容1.

車用電機NVH研究意義及相關(guān)廠家標(biāo)準(zhǔn)2.噪聲測量分析3.電機噪聲振動測試技術(shù)及分析方法4.車用雨刮電機噪聲研究1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)NVH應(yīng)用：汽車的噪聲和振動源指噪聲振動等動態(tài)舒適感，反映了設(shè)備的動態(tài)特性。由于其中的三個因素在車輛機械中密不可分，故經(jīng)常把他們放在一起研究。NVH：

Noise-噪聲、Vibration-振動、Harshness-聲振粗糙度1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)近年來鑒于汽車的各個方面水平有所提高，汽車NVH性能已成為了現(xiàn)代汽車工業(yè)制造質(zhì)量的一個綜合性技術(shù)指標(biāo)。為了滿足用戶對乘坐舒適性不斷增長的要求，各大汽車公司都制定了自己嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，成立自己的噪聲、振動研部門，將車內(nèi)噪聲控制作為一個重要的研究方向，同時零部件公司也有自己的NVH試驗室，從事零部件的噪聲振動研究。影響車內(nèi)噪聲大小的主要激勵源有發(fā)動機、動力總成、輪胎、路面車用電機等，近幾十年來，隨著主要噪聲振動源的性能改善，車內(nèi)噪聲與振動大大降低，原來諸多如車用電機等次要噪聲振動源突現(xiàn)出來。汽車中使用的電機數(shù)量很多，如發(fā)電機、啟動電機、冷卻風(fēng)扇電機、雨刮器微型電機、窗口升降微型電機等，品種很多。每輛經(jīng)濟型汽車至少配備15臺以上，普通轎車至少配備40-50臺，而豪華型轎車則需要配備60-70臺甚至上百臺。因此，車用電機的噪聲振動研究變得越來越重要。

1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)車用電機NVH研究意義：1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)位置車用電機NVH相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：1、交流發(fā)電機噪聲標(biāo)準(zhǔn)上汽集團交流發(fā)電機噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)（SMTC3841001－2012（V2））噪聲極限值線C所指傳聲器位置處的噪聲等級不得超過線C。線A所指傳聲器位置處的噪聲等級不得超過線A。在2000r/min至4000r/min區(qū)間內(nèi)以不高于200r/min的帶寬采樣，峰值噪聲不超過線B 1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)位置福特公司交流發(fā)電機噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)全負(fù)荷總體及電磁噪聲級限值福特公司交流發(fā)電機噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)噪聲限值2、雨刮電機噪聲、振動標(biāo)準(zhǔn)上汽雨刮噪聲、振動標(biāo)準(zhǔn)（MGRES:62.21.715）振動限值長安雨刮電機噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測點布置B211雨刮電機單體1/3rd倍頻程頻譜特征頻段400Hz以下400~1000Hz1000~2000Hz2000Hz以上前雨刮電機高速檔1/3rd倍頻程目標(biāo)25dB(A)41dB(A)41dB(A)48dB(A)前雨刮電機低速檔1/3rd倍頻程目標(biāo)22dB(A)36dB(A)36dB(A)46dB(A)B211雨刮電機單體噪聲聲壓級檔位高速檔低速檔目標(biāo)值52dB(A)46dB(A)長安雨刮電機噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測點布置B211雨刮電機單體1/3rd倍頻程頻譜特征頻段400Hz以下400~1000Hz1000~2000Hz2000Hz以上前雨刮電機高速檔1/3rd倍頻程目標(biāo)25dB(A)41dB(A)41dB(A)48dB(A)前雨刮電機低速檔1/3rd倍頻程目標(biāo)22dB(A)36dB(A)36dB(A)46dB(A)B211雨刮電機單體噪聲聲壓級檔位高速檔低速檔目標(biāo)值52dB(A)46dB(A)3.A101-EA10風(fēng)扇總成噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)1.車用電機NVH研究意義及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)布置風(fēng)扇冷卻模塊的噪聲目標(biāo)風(fēng)扇工作電壓總聲壓級

dB（A）音調(diào)度（tu）尖銳度（acum）低檔1800rpm630.112.5高檔2150rpm680.202.71/3倍頻程頻譜目標(biāo)中心頻率(Hz)506380100125160200250315聲壓dB(A)101516182832365543中心頻率(Hz)40050063080010001250160020002500聲壓dB(A)476154605758585656中心頻率(Hz)3150400050006300800010000125001600020000聲壓dB(A)584848464337342913噪聲定義：實際應(yīng)用——不需要的聲音。噪聲測量目的：

衡量設(shè)備或產(chǎn)品的質(zhì)量分析噪聲產(chǎn)生的原因基本術(shù)語：

聲場、自由聲場、擴散聲場

消聲室（邊界完全吸收聲波）：允許聲波在任何方向作無反射自由傳播的空間。

半消聲室：聲波除僅以地面作為反射面，在其他方向作無反射自由傳播的空間

混響室（邊界完全反射聲波）：允許聲波在任何方向作無吸收傳播的空間。2.噪聲測量分析2.1噪聲測量的主要物理參數(shù)聲壓p：沒有聲波作用時，媒質(zhì)中的壓強為p0，當(dāng)有聲波傳播時，媒質(zhì)中某處的壓強為p1。介質(zhì)受到聲波作用后，產(chǎn)生的壓強的微小的增量,即p=p1-p0，其單位為Pa(帕)。某一點的聲壓稱為該點的瞬時聲壓。通常人耳只能感受一個穩(wěn)定的有效聲壓。有效聲壓是一個變化周期內(nèi)瞬時聲壓的均方根值聽閾聲壓：人耳可聽到的最弱聲壓，2

10－5

Pa痛閾聲壓：人耳感覺疼痛的聲壓，20Pa聲場：存在聲波的空間。2.噪聲測量分析1）聲壓及聲壓級聲壓級Lp:p0----基準(zhǔn)聲壓，p0=2*10-5Pa；p----測點的聲壓。為什么用對數(shù)表示？這樣，聲壓變化10倍，聲壓級變化20dB；聲壓變化100萬倍，聲壓級變化120dB；聽閾聲壓與痛閾聲壓間的聲壓級變化幅度為0----120dB。2.噪聲測量分析2.1噪聲測量的主要物理參數(shù)聲功率：聲源在單位時間內(nèi)輻射的總能量。單位：W

為便于衡量聲功率的相對大小，引入聲功率級Lw(dB)

W0----基準(zhǔn)聲功率，W0=2*10-12W；

W----聲源輻射的聲功率。聲壓級與聲功率級的關(guān)系：功率級不能直接測得，可在一定條件下利用聲壓級進行換算，見表13-12.1噪聲測量的主要物理參數(shù)2）聲功率及聲功率級2.噪聲測量分析聲壓級換算為聲功率級的原因：

聲壓級的值與聲源----測點間的距離及測量環(huán)境有關(guān)，而聲功率級與測點無關(guān)，故對于固定式機械設(shè)備，ISO推薦以聲功率級作為噪聲的評價量。2.噪聲測量分析2）聲功率及聲功率級當(dāng)噪聲源為兩個時，總聲壓級應(yīng)該是兩個噪聲源聲壓能量的疊加，即：若有n個互不相關(guān)的聲源，聲場中總聲壓級與總聲功率級為：工程實踐中，為簡便起見，常利用兩個聲壓級之間的差值來求得總聲壓級值：L=L1+△L

式中，L1為噪聲源中較大的一個聲壓級，△L為附加增值，由下表查出：聲級的單位dB（分貝）是對數(shù)單位，因此聲級的求和疊加不能像一般的自然數(shù)直接進行，應(yīng)按能量相疊加的關(guān)系進行運算。兩個噪聲級算術(shù)差012345678910附加增值△L3．02．52．11．81．51．21．00．80．60．50．42.噪聲測量分析2.2聲級的合成與分解1）聲級的合成設(shè)有如下關(guān)系式經(jīng)代數(shù)運算，可得2）聲級的分解2.噪聲測量分析2.2聲級的合成與分解定義：圍繞噪聲源在同一測量表面上多個測點噪聲級的平均值。

根據(jù)能量疊加原則，可得聲壓級平均值Lpm為簡便算法：當(dāng)各測點聲壓級之間相差不大于5dB時，可按算術(shù)平均法計算，其誤差小與1dB。2.噪聲測量分析2.3聲級平均值式中：Lpi(i=1,2,…,m)為第i個測點測得的聲壓級；m為測點總數(shù)。2.噪聲測量分析2.3聲級平均值時域分析與頻域分析的關(guān)系可以用下圖說明：連續(xù)傅里葉變換對2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析1）頻譜分析方法2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析1）頻譜分析方法離散傅里葉變換對離散傅里葉變換圖像推演2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析1）頻譜分析方法2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析1）頻譜分析方法

人耳聽音的頻率范圍為20Hz到20KHz，在聲音信號頻譜分析一般不需要對每個頻率成分進行具體分析。為了方便起見，人們把20Hz到20KHz的聲頻范圍分為幾個段落，每個頻帶成為一個頻程。頻程的劃分采用恒定帶寬比，即保持頻帶的上、下限之比為一常數(shù)。實驗證明，當(dāng)聲音的聲壓級不變而頻率提高一倍時，聽起來音調(diào)也提高一倍。

設(shè)上限頻率為f1,下限頻率為f2.

對于倍頻程

對于1/3倍頻程

中心頻率

2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析2）倍頻程、1/3倍頻程中心頻率頻率范圍中心頻率頻率范圍31.522.4～451000710～14006345～9020001400～2800125905600250180～35580005600～11200500355～7101600011200～22400中心頻率頻率范圍中心頻率頻率范圍2522.4～28800710～90031.528～35.51000900～11204035.5～4512501120～14005045～5616001400～18006356～7120001800～22408071～9025002240～280010090～11231502800～355012511245001601405600200180～22463005600～7100250224～28080007100～9000310280～355100009000～11200400355～45012500112005601600014000710倍頻程中心頻率與頻率范圍1/3倍頻程中心頻率與頻率范圍2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析2）倍頻程、1/3倍頻程案例2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析2）倍頻程、1/3倍頻程頻譜圖：以選用的頻程中心頻率為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的頻程聲壓級（或聲功率級）為縱坐標(biāo)，所繪制的曲線圖。是分析噪聲來源及頻率特性的基本工具。2.噪聲測量分析2.4噪聲頻譜分析3）恒定窄帶寬由于時域數(shù)據(jù)的突然截斷，會引起頻域能量的泄露從上面的傅里葉變換對可知，傅里葉變換是一種全局變換，要么完全在時域，要么完全在頻域，因此無法表述信號的時頻局域性質(zhì)，即它不能確定某種頻率分量發(fā)生在哪些時間內(nèi)，以及某段時間內(nèi)的信號包含哪些頻率。而這恰恰是非平穩(wěn)信號最根本、關(guān)鍵的性質(zhì)。下圖為實車上發(fā)動機提速狀態(tài)下，起動電機的垂向振動時域曲線及其幅值譜。由圖可見，轉(zhuǎn)速變化時，普通頻譜分析無識別頻率特征，頻譜圖出現(xiàn)“頻率模糊”現(xiàn)象。2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析1）傅里葉變換的局限性

旋轉(zhuǎn)機械的噪聲振動信號中多數(shù)離散頻率分量都與主旋轉(zhuǎn)頻率有關(guān)，以參考軸的轉(zhuǎn)速為基本轉(zhuǎn)速，所對應(yīng)的基本頻率（基頻）定義為階比1，其他與轉(zhuǎn)速相關(guān)的頻率為基本頻率的N倍信號則定義為N階，分析或追蹤動態(tài)信號中階次信號能量即為階比分析。通常階比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可表示為式中f為信號頻率（Hz），O為階比，rpm為參考軸轉(zhuǎn)速（r/min）。2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析2）階次分析原理2.噪聲測量分析2）階次分析原理跟蹤階比譜：橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為對應(yīng)于某階比分量的功率或幅值。2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析3）階比跟蹤譜轉(zhuǎn)速譜陣是三維曲線圖形，是按等轉(zhuǎn)速間隔排列的功率譜（幅值譜）列陣。垂直軸：功率譜或幅值譜橫軸。（或用顏色的深淺代替）橫軸、縱軸：頻率、轉(zhuǎn)速。

如果有的峰值形成與頻率軸垂直的直線，則這些頻率成分與轉(zhuǎn)速無關(guān)，它們代表系統(tǒng)的固有頻率。轉(zhuǎn)速譜陣表示了測試對象在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振動特征，可以判斷振動原因。2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析4）轉(zhuǎn)速譜陣2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析4）轉(zhuǎn)速譜陣2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析4）轉(zhuǎn)速譜陣2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析4）轉(zhuǎn)速譜陣2.噪聲測量分析2.5噪聲的階次分析4）轉(zhuǎn)速譜陣人們對兩種有相同dB值的聲音會有可能完全不同的主觀感覺，

最主要的原因在于“聽”的生理過程；

1）人耳是一種復(fù)雜的非線性接收裝置，具有特殊的、與頻率相關(guān)的傳導(dǎo)特性。

2）“聽”通常涉及到兩耳（binaural），這也會影響對聲音的感覺。這里還存在心理學(xué)因素的影響，諸如聽者的姿勢、經(jīng)歷、期望、環(huán)境、當(dāng)時前前后后的情況等。2.噪聲測量分析人耳聽覺對聲音的印象取決于心理聲學(xué)的參數(shù)：響度、尖銳度、粗糙度、抖動度等；2.6噪聲的主觀評價人耳對聲音所感覺的強度取決于：

(1)聲壓大小

(2)聲音的頻率特征人的聽覺特性：聲壓級相同但頻率不同的兩個聲源，人的主觀感覺是不同的，一般對高頻敏感，低頻遲鈍。根據(jù)人耳的這種特性，引入一個把頻率和聲壓統(tǒng)一起來的、可以反映主觀感覺的量，即響度級。

2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價1）響度級

等響曲線響度級：其單位是方（phon）,即：以1kHz純音作為基準(zhǔn)，任何聲音聽起來和某個1kHz純音一樣響，那么這個聲音的響度級就是這個1kHz純音聲壓級分貝值。響度級描述了各頻率下，客觀的聲壓級與主觀的響度級之間的關(guān)系，可由聲音的頻率和聲壓級，查圖得到相應(yīng)的響度級。

例如：聲壓級為60dB、頻率為100Hz的聲音，查圖得到相應(yīng)的響度級為50phon。2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價1）響度級人耳對聲音有選擇作用，是一個濾波器計權(quán)聲壓級：

從等響度曲線出發(fā)，在聲測量儀器中添加頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，使得儀器的輸出能近似地表達(dá)人耳對聲音響度的感覺。通常設(shè)置A、C兩種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

按等響曲線40方的純音響應(yīng)設(shè)置計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，稱為A計權(quán)，單位為dBA，它較好地模仿了人耳對低頻段(500Hz以下)不敏感、對1000～5000Hz敏感的特點；

在噪聲測量中，使用最廣泛的是A聲級，國際上已把A聲級作為評價噪聲的主要指標(biāo)。

此外，也有C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，按等響曲線100方的純音響應(yīng)設(shè)置計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其計權(quán)接近水平，有時表示總聲壓級。

2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價2）計權(quán)聲級等效連續(xù)聲級：某段時間內(nèi)噪聲平均能量的聲級，以表示該段時間內(nèi)噪聲的大小。2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價3）等效連續(xù)聲級響度是反映人耳對聲音強弱主觀感受程度的心理聲學(xué)參數(shù)，它考慮了人耳對聲音頻譜的掩蔽特性，能比A聲級更準(zhǔn)確地反映聲音信號的響亮程度。其單位是“宋”(sone)，定義1kHz，40dB純音的響度為lsone。作為主觀評價量的響度不僅取決于振幅的大小，還與頻率的高低、頻帶的寬度、頻譜特性和聲音的持續(xù)時間等有關(guān)。響度級在數(shù)值上等于與其等響的1kHz純音的聲壓級，單位是“方”(phon)，響度級概念的提出是為了比較不同頻率和聲壓級聲音的強弱關(guān)系。和響度不同的是，響度級是個相對量，它并不與人對聲音的強弱感覺成線性關(guān)系。響度級與響度的關(guān)系為2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價4）響度尖銳度：描述高頻成分在聲信號頻譜中所占比例大小的參數(shù)，它反映了聲信號的刺耳程度。窄帶噪聲的中心頻率、帶寬、聲壓級和頻譜包絡(luò)等因素直接影響著人對聲音的尖銳度的主觀感受。其中，中心頻率和頻譜包絡(luò)是最主要因素。一般來說，聲信號高頻成分在頻譜結(jié)構(gòu)中所占比例越大，高頻響度越大，尖銳度值也越大，反之，尖銳度值越小。尖銳度的單位是acum，規(guī)定中心頻率為1kHz、帶寬為160Hz的60dB窄帶噪聲的尖銳度為1acum。2.噪聲測量分析2.6噪聲的主觀評價5）尖銳度2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)活塞式聲壓校準(zhǔn)器。頻率：1000Hz；聲壓級：94dB用一個聲壓級已知的標(biāo)準(zhǔn)聲音信號校準(zhǔn)，測量時與已知聲壓級相比較，從而達(dá)到校準(zhǔn)的目的。一般標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為1000Hz，聲級計可置于任意計權(quán)網(wǎng)絡(luò)位置。2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)前置放大器傳聲器2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)防風(fēng)罩延伸電纜2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)功能：進行通用噪聲測試、建筑聲學(xué)測試、電聲測量、故障診斷、聲品質(zhì)分析等領(lǐng)域。2.噪聲測量分析2.7噪聲測量基本系統(tǒng)朗德數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)但測量過程和結(jié)果需結(jié)合具體情況進行處理和修正。2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）1）基本公式測量表面：包圍被測對象，布置有測點的表面組合。

工程上通常采用半球面、長方體表面、圓柱體表面等作為包絡(luò)面。測點布置有5點法、9點法、10點法等。半球測量表面矩形測量表面2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）2）測量表面和測點布置本底噪聲：在噪聲測量時，即使所測量的聲源停止發(fā)聲，環(huán)境也存在著一定的噪聲，稱之為本底噪聲。工程意義：只有從測量結(jié)果中扣除本底噪聲后，才能得到所考察噪聲的正確聲壓級值?？鄢担?/p>

若被測噪聲源的聲級高于本底噪聲的聲級10dB，則可忽略本底噪聲的影響；若被測噪聲源的聲級與本底噪聲相差3～10dB，則按上表進行修正；若兩者相差小于３dB，則測量結(jié)果無效。

理論公式：2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）3）背景噪聲修正定義：圍繞噪聲源在同一測量表面上多個測點噪聲級的平均值。

根據(jù)能量疊加原則，可得聲壓級平均值Lpm為

式中：Lpi(i=1,2,…,m)為第i個測點測得的聲壓級；m為測點總數(shù)。

簡便算法：當(dāng)各測點聲壓級之間相差不大于5dB時，可按算術(shù)平均法計算，其誤差小與1dB。2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）4）測量表面平均聲壓級計算當(dāng)在專用的聲學(xué)環(huán)境下測量，可用前述基本公式。如在普通試驗室測量時，需按環(huán)境修正法或標(biāo)準(zhǔn)聲源法進行修正。環(huán)境修正法修正公式：式中：Lpm為聲壓級平均值；S為測量表面面積(m2)；

S0為基準(zhǔn)面積，S0=1m2；k2為測量環(huán)境修正值；

k3為測量環(huán)境溫度和氣壓修正值。2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）5）噪聲聲功率級的換算測量環(huán)境修正值k2的計算：式中：A為試驗室房間的吸聲量(m3)；S為測量表面面積(m2)；V為試驗室房間的體積(m3)；t為試驗室房間的混響時間(s)。A也可按下式計算：式中：Si為房間各表面面積(m2)；

αi為各表面對應(yīng)的吸聲系數(shù)。2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）5）噪聲聲功率級的換算測量環(huán)境溫度和氣壓修正值k3的計算：式中：T為測量環(huán)境溫度(°C);

p為測量環(huán)境氣壓(kPa)。2.噪聲測量分析2.8噪聲源的聲功率測量（聲壓法）5）噪聲聲功率級的換算3.電機振動噪聲測試技術(shù)及分析方法整機振動：電機轉(zhuǎn)子不平衡離心慣性力所引起的電機整體振動，振動頻率主要為轉(zhuǎn)動頻率。電磁振動：電磁力波作用在電機結(jié)構(gòu)件（如定子、爪極）上，所引起的強迫振動，當(dāng)電磁力波作用頻率與結(jié)構(gòu)件固有頻率相同時，會產(chǎn)生強烈共振。其他機械振動：軸承振動、蝸桿蝸輪振動等。3.1電機振動噪聲產(chǎn)生機理電機振動組成：電磁噪聲：氣隙中各諧波磁場引起的交流電磁力，主要表現(xiàn)在鐵心與其相聯(lián)的機械構(gòu)件中的振動、共振?？諝鈩恿υ肼暎猴L(fēng)扇等擾動周圍空氣以及空氣流經(jīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)所形成的壓力波動。機械噪聲：比如軸承和電刷裝置等的機械摩擦，周期或是非周期的機械沖擊或振動。電機噪聲組成：電機噪聲振動主要研究問題電機振動中，整機振動的產(chǎn)生機理和控制方法清楚；軸承振動、蝸桿蝸輪振動等機械振動也有專門研究，且合格電機機械振動一般較小。電磁振動是電機行業(yè)研究重點。同理，電磁噪聲也是電機噪聲的研究重點。當(dāng)然，在高轉(zhuǎn)速下，風(fēng)扇噪聲等空氣動力噪聲也可能成為主要噪聲源。3.電機振動噪聲測試技術(shù)及分析方法3.1電機振動噪聲產(chǎn)生機理超標(biāo)徑向電磁力波定子及端蓋轉(zhuǎn)子爪極2000-4000rpm電磁振動電磁噪聲10000rpm電磁振動3.電機振動噪聲測試技術(shù)及分析方法3.2電機電磁噪聲分析

在中低速下電磁噪聲是汽車發(fā)電機噪聲的主要成份，它通過結(jié)構(gòu)振動向外傳播。作用在定子鐵心齒上的氣隙磁波可分解為徑向和切向磁力兩個分量，其中徑向分量使定子鐵心產(chǎn)生的振動變形發(fā)出的噪聲是電磁噪聲的主要來源，而切向分量則使齒根部局部彎曲變形。當(dāng)電機工作狀態(tài)下的電磁力波與發(fā)電機結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時就引起共振，發(fā)出較大噪聲。物體表面振動速度與其輻射出的聲功率的關(guān)系可以表為：定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組諧波磁場產(chǎn)生的力波可以表示為：

單自由度系統(tǒng)在諧和激振下的強迫振動的微分方程：

基本原理3.電機振動噪聲測試技術(shù)及分析方法

<一>實驗與信號分析相結(jié)合的方法

<二>

仿真分析方法3.電機振動噪聲測試技術(shù)及分析方法3.3交流發(fā)電機的電磁噪聲研究方法3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法1、

空載與負(fù)載轉(zhuǎn)速聲壓級曲線對比

從下圖可以得知，滿載工況的A聲級在2000rpm——4000rpm和11000rpm左右明顯大于空載工況，增大的噪聲可能來源于電磁激振力激起電機結(jié)構(gòu)共振所輻射的噪聲。

各發(fā)電機大多在2000rpm——4000rpm和11000rpm左右出現(xiàn)聲音異常變大的情況。其中，第36諧次成分基本決定了該轉(zhuǎn)速A聲級的大小，36諧次激振力所激起的共振與頻率為1080HZ、1440HZ、2040HZ和6600HZ左右的發(fā)電機結(jié)構(gòu)振動有關(guān)。2、

階次分析A型-4#電機A聲級及主要簡諧成分隨轉(zhuǎn)速變化曲線（負(fù)載）3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法A型-4#電機A聲級及主要簡諧成分隨轉(zhuǎn)速變化曲線（空載）空載工況下36諧次噪聲貢獻可忽略不計。3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法3、噪聲源分析電機加載工況在1800r/min附近的噪聲，主要來源于36諧次激振力所激起的電機罩蓋及其附近零件1080Hz左右的結(jié)構(gòu)共振，輻射出很大的噪聲。1）1800rpm附近的噪聲源分析敲擊電機時罩蓋外圓面測得的時域曲線和頻譜圖3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法電機在1877r/min的噪聲和各測點振動時域曲線及頻譜圖

（3、4、5、6、7通道分別對應(yīng)噪聲和罩蓋端面、罩蓋外圓面、后端蓋、前端蓋的振動）2）2400rpm附近的噪聲源分析

在2400rpm附近的噪聲超標(biāo)主要來源于后端蓋和前端蓋及其附近零件輻射出的噪聲。2400r/min附近的噪聲源于36諧次激振力所激起的電機后端蓋外圓面1440Hz附近的結(jié)構(gòu)共振。敲擊A型電機時后端蓋外圓面測得的時域曲線和頻譜圖3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法電機在2403r/min的噪聲和各測點振動時域曲線及頻譜圖（3、4、5、6、7通道分別對應(yīng)噪聲和罩蓋端面、罩蓋外圓面、后端蓋、前端蓋的振動）3）3400rpm附近的噪聲源分析在3400r/min附近的噪聲超標(biāo)主要來源于前端蓋及其附近零件輻射出的噪聲。在3400r/min附近的噪聲，主要來源于36諧次電磁激振力所激起的電機前端蓋及其附近零件2040Hz左右的結(jié)構(gòu)共振。敲擊A型發(fā)電機時在其前端蓋外圓面測得的時域曲線和頻譜圖3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法

電機在3478r/min的噪聲和各測點振動時域曲線及頻譜圖

（3、4、5、6、7通道分別對應(yīng)噪聲和罩蓋端面、罩蓋外圓面、后端蓋、前端蓋的振動）

4）11000rpm附近的噪聲源分析在轉(zhuǎn)速為11000rpm附近，36諧次電磁噪聲對總噪聲級的貢獻是最大的，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他諧次。該噪聲是由發(fā)電機爪極部件在36諧次電磁激振力作用下的結(jié)構(gòu)共振所引起。在該轉(zhuǎn)速下，36諧次電磁激振力在11000rpm處能夠引起共振的頻率為6600Hz。3.3<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

固有模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的模態(tài)頻率、阻尼比和模態(tài)振型。模態(tài)參數(shù)可以由計算或?qū)嶒灧治鋈〉茫B(tài)參數(shù)的計算或?qū)嶒灧治鲞^程稱為模態(tài)分析。模態(tài)分析是近代研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種方法，是系統(tǒng)辨別方法在振動和噪聲領(lǐng)域中的應(yīng)用，實驗與理論相結(jié)合的模態(tài)分析方法，可以對電機結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進行識別、分析和評價，找出電機結(jié)構(gòu)在動態(tài)性能上存在的問題，根據(jù)電機結(jié)構(gòu)固有模態(tài)的分析結(jié)果預(yù)測和控制電機的電磁噪聲。1）運行模態(tài)的基本理論對于n個自由度的線性系統(tǒng)來講，受迫振動的方程表示為：

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

2）運行模態(tài)測試結(jié)果分析前后端蓋在轉(zhuǎn)速為2856rpm下運行模態(tài)振型線框圖前端蓋上第三截面圓橢圓型圖

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

3）車用交流發(fā)電機有限元模態(tài)分析a)交流發(fā)電機整機模態(tài)分析端蓋-后端蓋-定子鐵芯組合有限元分析的徑向2階振型圖。該組合模型中除省略了后端蓋上的電子電路器件和電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子外，三者的結(jié)構(gòu)和配合均按照實際情況設(shè)置。

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

表

交流發(fā)電機改進前與改進后固有頻率有限元分析對比結(jié)果通過增加前后蓋壁厚以及在振動變形最大的位置添加加強筋來提高交流發(fā)電機的固有頻率從而避免電磁共振。改進后，交流發(fā)電機較低的固有頻率有6%~10%的增加，在高固有頻率段內(nèi)增長都在40%以上。階數(shù)改進前(Hz)改進后(Hz)頻率相對增加量（%）11780.81897.76.5621948.4214810.2432020.2337166.942383.73411.743144.2762534.63588.541.5872767.33964.243.382789.5405545.492935.64438.651.2102979.9446249.7

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

b)爪極的固有模態(tài)分析由前面的階次圖可以發(fā)現(xiàn)，噪聲第36階次的頻率與模態(tài)分析第3階的頻率相近，產(chǎn)生共振，通過在爪極的內(nèi)部增加剛度環(huán)，阻止爪極向外擴張的振幅，進而可以加大其固有頻率。

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

經(jīng)過對比，可以發(fā)現(xiàn)，改進后的爪極固有頻率比改進前的各階次要高，進而就可以將11500rpm轉(zhuǎn)速時第36階次的固有頻率提到爪極第3階（兩只爪極同向同力階次）之前，避免了產(chǎn)生共振，在理論上此時不應(yīng)產(chǎn)生尖峰。模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz）16093.226109.936275.546619.757214.367231.178532.888554.998631.0109769.2改進前模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz）110807210811314071414114514121改進后

3.3<2>仿真分析方法（車用交流電機固有模態(tài)的研究）

分類具

體

建議設(shè)計方面1設(shè)計合理的轉(zhuǎn)子爪極倒角方式和定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)，減小電磁力諧波。2使電磁力波的頻率盡可能遠(yuǎn)離定子的固有頻率，以防止共振。3電機設(shè)計時應(yīng)同時考慮電機冷、熱態(tài)偏心問題，注意校核熱膨脹系數(shù)不同的端蓋與定子由于受熱變形產(chǎn)生的偏心。4在滿足電機性能要求的情況下，盡可能加大磁隙。5轉(zhuǎn)子、定子、前蓋、后蓋的同軸度、圓度等形位公差較為重要，特別是是定子的形位公差。提高端蓋剛度，提高定子的圓度，前端蓋與鐵芯配合過盈量增加，都有利于減小偏心，對各5000r/min以下共振轉(zhuǎn)速降噪效果良好。6提高端蓋剛度，避開限值小的共振頻率。7后端蓋等噪聲輻射面較大的零件，采用骨架式設(shè)計，去除不必要的噪聲輻射面。8避免或減少電機結(jié)構(gòu)的不對稱現(xiàn)象，以免電機結(jié)構(gòu)固有頻率出現(xiàn)分叉。工藝方面1保證轉(zhuǎn)子、定子、前蓋、后蓋等零件的同軸度、圓度等形位公差達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能使公差分布在精度較高的范圍內(nèi)，特別是要保證定子的形位公差。2定子鐵芯可采用多次整形的方法提高定子的圓度，并增加與前蓋的接觸面。

3保證轉(zhuǎn)子、定子、前蓋、后蓋等零件裝配后的形位公差，避免由于裝配引起的轉(zhuǎn)子和定子動、靜偏心。4保證轉(zhuǎn)子的平衡性能達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。5裝配后的電機，應(yīng)保證罩蓋抵緊后端蓋。3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素1）形位公差對發(fā)電機結(jié)構(gòu)振動和噪聲的影響

轉(zhuǎn)子、定子的偏心對發(fā)電機電磁振動噪聲的影響很大，特別是偏心半徑最大的爪極和偏心半徑最小的定子槽齒；因此要保證轉(zhuǎn)子、定子、前蓋、后蓋的同軸度、圓度等形位公差達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，重點是定子的形位公差。前端蓋不圓度過大對噪聲振動的影響樣機說明1800rpm附近2400rpm附近其它轉(zhuǎn)速前端蓋圓度0.02～0.04mm69.6/240670.9/2137前端蓋圓度0.07～0.08mm72.0/180570.4/1847前端蓋圓度0.06～0.1mm73.8/185274.3/193471.0/20183.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素轉(zhuǎn)子同軸度、圓度偏差相對較小，定子同軸度、圓度偏差相對較大。

在此情況下，對于定子上的固定位置，槽齒與6對爪極中每一對的氣隙基本相同，因此每對爪極對該位置的電磁激振力接近，引起的振動基本一致，下圖為原型發(fā)電機在3400r/min時轉(zhuǎn)動一圈測得的前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線，第7通道為前端蓋上某點振動加速度時域曲線，從中可清晰地觀測到6對爪極分別引起的基本均勻的振動。但由于定子同軸度、圓度偏差相對較大，6對爪極在旋轉(zhuǎn)過程中，依次達(dá)到定子距回轉(zhuǎn)中心最近的點，造成氣隙減小，引起明顯超過其它爪極的電磁激振力及相應(yīng)的噪聲振動，噪聲曲線中可見到6次明顯變化，如圖第3通道噪聲時域曲線圖所示。發(fā)電機在2400r/min下前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素轉(zhuǎn)子同軸度、圓度偏差相對較大，定子同軸度、圓度偏差相對較小

在此情況下，對于定子上的固定位置，槽齒與6對爪極中每一對的氣隙由小到大、再由大到小周期性地變化，因此每對爪極對該位置的電磁激振力不同，引起的振動也大小不一致，圖為某發(fā)電機在3400r/min時轉(zhuǎn)動一圈測得的前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線，第7通道為前端蓋上某點振動加速度時域曲線，從中可觀測到6對爪極分別引起振動幅值不均勻。由于轉(zhuǎn)子同軸度、圓度偏差相對較大，在旋轉(zhuǎn)過程中，半徑最大（距回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)）的爪極依次達(dá)到定子各槽齒。由于此時氣隙小，引起明顯超過其它爪極的電磁激振力及噪聲振動，如圖第3通道噪聲時域曲線圖所示。發(fā)電機在3400r/min下前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素定子和轉(zhuǎn)子的同軸度、圓度偏差都較大

在此情況下，對于定子上的固定位置，槽齒與6對爪極中每一對的氣隙周期性地變化，因此每對爪極對該位置的電磁激振力不同，引起的振動大小不一致，圖為發(fā)電機在3400r/min時轉(zhuǎn)動一圈測得的前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線，第7通道為前端蓋上某點振動加速度時域曲線，其中6對爪極分別引起振動幅值不均勻。由于定子和轉(zhuǎn)子同軸度、圓度偏差都較大，在電機軸旋轉(zhuǎn)過程中，半徑最大的爪極依次達(dá)到定子各槽齒，當(dāng)達(dá)到定子距回轉(zhuǎn)中心最近的點時，氣隙最小，這時引起的電磁激振力及噪聲振動最大，如圖第3通道噪聲時域曲線圖。

發(fā)電機在3400rpm下前端蓋振動加速度與噪聲時域曲線3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素2）轉(zhuǎn)子爪極倒角方式和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁力波特性和電磁噪聲有明顯影響169型-3#、4#電機在換用進口轉(zhuǎn)子前后噪聲曲線對比圖

3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素

3）定轉(zhuǎn)子間氣隙加大對噪聲振動的影響電機轉(zhuǎn)子直徑磨小前后噪聲對比圖將某型電機轉(zhuǎn)子直徑磨小用于測試對比，噪聲對比曲線見下圖，從圖中可以看出改進后總體噪聲有所下降，特別是在1800rpm和3400rpm附近的噪聲下降明顯。

3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素4）端蓋剛度對噪聲振動的影響

提高端蓋剛度，定子鐵芯多次整形以提高定子的圓度，前端蓋與鐵芯配合過盈量增加，都有利于減小偏心，對各共振轉(zhuǎn)速降噪效果良好。下圖為JFZ1931發(fā)電機端蓋改進前后噪聲測試效果對比分析。3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素5）爪極自由端加支撐對11000rpm電磁噪聲的影響峰值消失

通過實驗研究得出，11000rpm處的高轉(zhuǎn)速電磁噪聲是由于爪極自由端在電磁力的作用下產(chǎn)生共振引起的。3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素華川JFZ19257#與2#法雷奧發(fā)電機噪聲性能對比3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素5）端蓋與定子之間的配合方式對噪聲的影響華川JFZ1925和新?？怂狗ɡ讑W發(fā)電機結(jié)構(gòu)對比一、前后端蓋厚度不同，內(nèi)止口尺寸不同JFZ1925后端蓋法雷奧后端蓋JFZ1925前端蓋法雷奧前端蓋后端蓋厚度對比JFZ1925后端蓋法雷奧后端蓋前端蓋厚度對比JFZ1925前端蓋法雷奧前端蓋3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素5）端蓋與定子之間的配合方式對噪聲的影響二、定子固定方式不同JFZ1925電機定子與端蓋之間直接接觸；法雷奧電機定子圓柱面和前端蓋圓柱面之間有緩沖泡沫，且前后端蓋止口平面和定子之間有橡膠減振裝置。JFZ1925前端蓋止口法雷奧前端蓋止口法雷奧后端蓋止口JFZ1925后端蓋止口華川JFZ1925和新福克斯法雷奧發(fā)電機結(jié)構(gòu)對比結(jié)論：橡膠塊和緩沖材料對聲音和振動的傳播有緩和作用，可以有效減小定子鐵芯傳遞到端蓋的振動，并部分吸收定子輻射的噪聲，從而減小電機的電磁噪聲。在定子與端蓋之間增加緩沖和減振材料是減小電機低速段電磁噪聲的有效途徑。3.4車用交流電機電磁噪聲的影響因素5）端蓋與定子之間的配合方式對噪聲的影響

3.5車用交流發(fā)電機風(fēng)扇總噪聲研究3.5.1車用交流發(fā)電機風(fēng)扇總噪聲研究方法

3.5.2優(yōu)化方案

3.5.3試驗驗證3.5.4結(jié)論3.5.1車用交流發(fā)電機風(fēng)扇總噪聲研究方法

<一>實驗與信號分析相結(jié)合的方法

<二>

仿真分析方法3.5.1<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法1、空載與負(fù)載轉(zhuǎn)速聲壓級曲線對比負(fù)載和空載總聲壓級對比

某交流發(fā)電機在高速段（8000rpm以上）空載和負(fù)載工況噪聲，其無論總聲壓級還是主要諧次噪聲基本相同，且主要諧次不是第36諧次等典型電磁噪聲成分。故W261型交流發(fā)電機高速段噪聲主要是風(fēng)扇氣動噪聲，發(fā)電機高速段噪聲主要為6、8、10、12、18等諧次成分?？蛰d主要階次聲壓級對比2、

階次分析3.5.1<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法負(fù)載主要諧次聲壓級對比

高速階段36諧次噪聲與總噪聲相比，二者相差20dB左右根據(jù)噪聲合成原理，36諧次噪聲可忽略不計，說明高速噪聲不是由36諧次噪聲引起。3.5.1<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法3、

去除部件法

對電機有扇葉和去除前后扇葉兩種情況進行了噪聲特性對比，發(fā)現(xiàn)去除扇葉后，8、10、12、18等諧次成分噪聲下降很明顯（10db左右），說明8、10、12、18等諧次成分基本來源于風(fēng)扇噪聲。

6諧次成分噪聲也有5dB左右的下降，按噪聲合成原理，說明6諧次成分噪聲雖主要來源于風(fēng)扇噪聲，但轉(zhuǎn)子其他部分（如轉(zhuǎn)子動平衡）也有次要貢獻，在13000rpm以上之間，轉(zhuǎn)子平衡的影響較明顯。3.5.1<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法有扇葉主要階次聲壓級對比高速時，6諧次噪聲對總噪聲影響較大3.5.1<一>

實驗與信號分析相結(jié)合的方法高速時，6諧次噪聲對總噪聲影響較大無扇葉主要階次聲壓級對比3.5.1<一>

實驗與信號分析相