利用LMS PolyMax模塊,根據(jù)穩(wěn)態(tài)圖的方法,識(shí)別出的各階模態(tài)頻率與振型,并與仿真對(duì)比如表3所示,相應(yīng)的振型對(duì)比如圖15~圖20所示(由于篇幅有限僅列出部分模態(tài)振型圖)。
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電機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析
4.1 電機(jī)電磁力邊界條件
采用數(shù)值計(jì)算方法獲得電機(jī)電磁力,利用ANSYS Maxwell計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分、額定負(fù)載運(yùn)行時(shí),電機(jī)穩(wěn)定后的徑向電磁力。提取電機(jī)2個(gè)周期(0.24 s)氣隙上某點(diǎn)隨時(shí)間變化的徑向電磁力密度(單位為Pa),時(shí)間間隔為0.000 8 s。
電機(jī)實(shí)際工作時(shí),電磁力是作用于電機(jī)定子鐵芯齒部,因此施加徑向電磁力時(shí),將電磁力密度乘以齒部作用面積,并沿徑向施加在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上(該電機(jī)一周共72個(gè)齒,每個(gè)齒4個(gè)節(jié)點(diǎn)),施加電磁力后電機(jī)有限元模型如圖23所示。
4.2 電機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算
施加完電磁力及位移邊界條件后,計(jì)算該200 kW異步電機(jī)的瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng)。該電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分,相應(yīng)的周期為0.12 s,因此計(jì)算2個(gè)周期共0.24 s的瞬態(tài)振動(dòng)響應(yīng),時(shí)間步長(zhǎng)為0.000 8 s。計(jì)算得到電機(jī)2個(gè)周期的振動(dòng)響應(yīng),其中幾個(gè)不同時(shí)刻電機(jī)機(jī)座速度云圖如圖24~圖25所示(單位為mm/s,隱藏了電機(jī)內(nèi)部定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))。
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電機(jī)輻射聲場(chǎng)分析
5.1 電機(jī)邊界元模型的建立
對(duì)于該電機(jī),僅需分析其外部聲場(chǎng),因此采用直接邊界元法進(jìn)行輻射聲場(chǎng)計(jì)算。在建立電機(jī)表面邊界元模型時(shí),需對(duì)電機(jī)表面網(wǎng)格進(jìn)行簡(jiǎn)化,例如填補(bǔ)接線盒出線孔、去掉小的凸角及簡(jiǎn)化軸承外蓋等等,建立好的邊界元模型如圖26所示。在進(jìn)行聲場(chǎng)分析前,需將電機(jī)結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)正確映射到電機(jī)邊界元模型上,再利用邊界元模型上的速度邊界條件進(jìn)行相應(yīng)的聲場(chǎng)分析計(jì)算。將電機(jī)速度速度響應(yīng)映射到邊界元模型上的結(jié)果如圖27~圖29所示。
5.2 電機(jī)輻射聲場(chǎng)分析
邊界元法在頻域計(jì)算各個(gè)頻率下結(jié)構(gòu)的聲學(xué)響應(yīng),因此在采用邊界元法進(jìn)行聲場(chǎng)分析前,需將邊界元模型上時(shí)域速度邊界條件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為頻域速度響應(yīng)。如圖30所示,按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1608.1《聲學(xué)-旋轉(zhuǎn)電機(jī)輻射噪聲測(cè)量方法》,在距電機(jī)邊界表面1 m處定義電機(jī)空間場(chǎng)點(diǎn)。
施加好速度邊界條件以后就可進(jìn)行聲場(chǎng)計(jì)算,分別計(jì)算電機(jī)邊界表面聲壓分布及相應(yīng)的空間場(chǎng)點(diǎn)聲壓分布如圖31~圖38所示(空間場(chǎng)點(diǎn)方向位置與電機(jī)邊界元模型方向位置一致)。
由上述電機(jī)表面聲壓云圖及空間場(chǎng)點(diǎn)聲壓云圖可以看出,機(jī)座壁兩側(cè)和底部即小蓋板所在位置及對(duì)應(yīng)的場(chǎng)點(diǎn)位置輻射聲壓較強(qiáng),機(jī)座頂部中心次之,而端蓋及機(jī)座壁轉(zhuǎn)角連接處相應(yīng)聲壓較弱,說(shuō)明機(jī)座壁上小蓋板聲輻射能力較強(qiáng)。同時(shí)由電機(jī)速度分布可以看出,電機(jī)小蓋飯位置由于剛度較弱,相應(yīng)振動(dòng)速度響應(yīng)也最大,因此可得出小蓋板位置聲輻射能力較強(qiáng),可向外輻射較多聲能量。
06、總結(jié)
以200 kW異步電機(jī)為研究對(duì)象,根據(jù)電機(jī)圖紙建立電機(jī)三維實(shí)體模型并進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)化,針對(duì)電機(jī)的非線性結(jié)構(gòu)分別采用基于VDI2230標(biāo)準(zhǔn)的螺栓結(jié)合面建模方法建立電機(jī)螺栓結(jié)合面、基于Hertz接觸理論以徑向及軸向彈簧阻尼組合的形式建立電機(jī)滾動(dòng)軸承模型、以等效模型處理電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組及硅鋼片,并進(jìn)行相應(yīng)的模態(tài)分析與測(cè)試,進(jìn)而修正電機(jī)有限元模型。仿真計(jì)算了電機(jī)工作時(shí)的電磁激勵(lì),分析計(jì)算電機(jī)在電磁力作用下的振動(dòng)響應(yīng);建立電機(jī)邊界元模型,進(jìn)行相應(yīng)的輻射聲場(chǎng)分析,找出電機(jī)聲輻射能量貢獻(xiàn)量最大的面板結(jié)構(gòu)。