電機(jī)減振綜述

第2章線性系統(tǒng)和硬彈簧Duffing系統(tǒng)隔振性能比較研究電機(jī)機(jī)械振動(dòng)噪聲研究現(xiàn)狀綜述1機(jī)械振動(dòng)噪聲分類機(jī)械振動(dòng)及噪聲是由電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結(jié)構(gòu)共振形成。一般是由電刷與換向器、軸承、轉(zhuǎn)子、通風(fēng)系統(tǒng)等產(chǎn)生。本文主要從以下幾個(gè)方面論述機(jī)械振動(dòng)及輻射噪聲：轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的振動(dòng)問題；電機(jī)結(jié)構(gòu)的模態(tài)響應(yīng)；電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞路徑；風(fēng)機(jī)和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的空氣噪聲。2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)包括轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)、軸承振動(dòng)以及基礎(chǔ)的振動(dòng)。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)問題主要涉及到轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)是研究所有與旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子及其部件和結(jié)構(gòu)有關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性的學(xué)科。2.1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡強(qiáng)迫響應(yīng)與平衡技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的研究主要是針對(duì)定轉(zhuǎn)速時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和變轉(zhuǎn)速時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)特性分析[1]。轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量引起的振動(dòng)屬于強(qiáng)迫振動(dòng)，它的角頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度相等，對(duì)于高速轉(zhuǎn)子，除了不平衡質(zhì)量引起的振動(dòng)外，還有頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度不相等的振動(dòng)，稱為“渦動(dòng)”。軸承油膜力、轉(zhuǎn)軸的材料內(nèi)阻、轉(zhuǎn)子與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)軸的初彎、非對(duì)稱剛度轉(zhuǎn)子、裂紋轉(zhuǎn)子等都是引起渦動(dòng)的因素。渦動(dòng)不僅會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，加速轉(zhuǎn)子的疲勞，也可能引起轉(zhuǎn)子的自激振動(dòng)，造成失穩(wěn)。近年來隨著非線性振動(dòng)理論的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中存在大量的非線性振動(dòng)現(xiàn)象。求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡強(qiáng)迫響應(yīng)除了對(duì)簡單的二自由度以下系統(tǒng)采用理論求解外，大都采用數(shù)值積分的方法。由于轉(zhuǎn)子的不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械重要的振動(dòng)激勵(lì)源，因此轉(zhuǎn)子的平衡是關(guān)系到轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，其目標(biāo)是減少轉(zhuǎn)子撓曲、減少振動(dòng)和軸承動(dòng)反力[3][4]。目前常用的平衡方法有模態(tài)平衡法、影響系數(shù)法和混合法。這三種方法從理論上已發(fā)展得比較完善，但在實(shí)際現(xiàn)場平衡時(shí)如何通過最少的運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)和配重?cái)?shù)達(dá)到平衡的目的，還需要根據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用不同的方法。以往對(duì)大型復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)計(jì)算大多采用傳遞矩陣法并多局限于線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，對(duì)這類轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡分析也基本是基于線性分析的方法和結(jié)論。近年來隨著計(jì)算機(jī)容量和速度的迅速提高，一些學(xué)者已開始進(jìn)行大型復(fù)雜非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析，并將分析結(jié)果用于指導(dǎo)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性設(shè)計(jì)。鄧旺群[25]對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的高速轉(zhuǎn)子建立了有限元模型并對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性如臨界轉(zhuǎn)速、振型和穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)等進(jìn)行了分析，并在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)針對(duì)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子在進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)難以在傳動(dòng)軸上施加試配重和平衡配重的問題，提出通過精密平衡卡箍（平衡輔助工裝）實(shí)現(xiàn)細(xì)長柔性轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡的工藝方法。黃志偉[27]針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組中的振動(dòng)問題，以非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論和方法為基礎(chǔ)，建立不同振動(dòng)故障作用下機(jī)組軸系非線性動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)微分方程，系統(tǒng)地研究了轉(zhuǎn)定碰摩與軸承松動(dòng)藕合故障下機(jī)組軸系的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、聯(lián)軸器綜合不對(duì)中下機(jī)組的動(dòng)力學(xué)行為、機(jī)組軸系的非線性電磁振動(dòng)特性和水輪機(jī)密封系統(tǒng)對(duì)機(jī)組振動(dòng)及穩(wěn)定性的影響等。對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)的進(jìn)一步研究應(yīng)集中在兩個(gè)方面：一是建立盡可能符合實(shí)際轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的力學(xué)模型并計(jì)算這類大型復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)特性，二是更深入地研究各類非線性激勵(lì)引起的響應(yīng)特性。2.2支承轉(zhuǎn)子的各類軸承的動(dòng)力學(xué)特性軸承的作用除了提供潤滑、減少摩擦、使轉(zhuǎn)子正常轉(zhuǎn)動(dòng)外，還提供了剛度和阻尼，因而會(huì)影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速、振幅和穩(wěn)定性。軸承可分為滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承和阻尼軸承（振動(dòng)控制軸承）三大類[5]。在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究中大都是將軸承的影響看作是兩個(gè)互相垂直方向的油膜力，油膜力與軸頸位移和速度之間的關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的非線性關(guān)系。一般是由雷諾方程導(dǎo)出油膜壓力分布，然后根據(jù)不同邊界條件對(duì)壓力進(jìn)行積分得出油膜力。在進(jìn)行穩(wěn)定性和響應(yīng)特性分析時(shí)，一般是用油膜力在軸頸的靜平衡位置附近的線性化表達(dá)式，這一線性化表達(dá)式中有四個(gè)油膜剛度系數(shù)和四個(gè)油膜阻尼系數(shù)，統(tǒng)稱為油膜動(dòng)力特性系數(shù)。由于實(shí)際轉(zhuǎn)子的運(yùn)行大都不滿足小振動(dòng)條件，故線性化油膜力的局限性很大。近年來對(duì)非線性油膜力以及軸承非線性特性的研究日益得到重視，這時(shí)的油膜力是軸頸位移和速度的強(qiáng)非線性函數(shù)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，油膜會(huì)由層流變?yōu)橥牧鳎湍T性的影響越來越大；在高轉(zhuǎn)速、大不平衡的情況下會(huì)發(fā)生油膜破裂和油膜空穴現(xiàn)象；實(shí)際使用中的軸承溫度場是隨轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間變化的，而軸承的特性受油膜溫度的影響又很大，對(duì)這些情況下油膜壓力的分布和油膜力特性的研究到目前為止還較為缺乏。軸承動(dòng)力特性中最大的一個(gè)問題是可能造成油膜渦動(dòng)等失穩(wěn)現(xiàn)象，因此研制能有效地提供良好潤滑并抑制油膜渦動(dòng)的軸承一直是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究目標(biāo)。動(dòng)、靜壓混合軸承和金屬箔軸承的出現(xiàn)明顯地改善了軸承的動(dòng)力特性，但還沒有從根本上解決油膜渦動(dòng)的問題。研制新的性能良好的軸承和建立盡可能符合實(shí)際的軸承動(dòng)力學(xué)模型是今后軸承動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)。2.3轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)與穩(wěn)定性的被動(dòng)控制技術(shù)對(duì)高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)進(jìn)行有效控制包括以下幾個(gè)方面：（1）應(yīng)盡量使轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，并能平穩(wěn)地通過低階臨界轉(zhuǎn)速；（2）應(yīng)使轉(zhuǎn)子在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)不平衡的敏感度盡可能的??；（3）應(yīng)使轉(zhuǎn)子的受擾瞬態(tài)響應(yīng)盡快衰減，更不能失穩(wěn)。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其共振振幅正比于轉(zhuǎn)子不平衡量、臨界轉(zhuǎn)速，反比于阻尼系數(shù)，并與通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的升降速率有關(guān)。因此，應(yīng)采取降低系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，減小轉(zhuǎn)子不平衡量，增大支承阻尼等方法，減小轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。降低系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速不能采用降低轉(zhuǎn)子剛度或加大支點(diǎn)距離的方法，這樣會(huì)使轉(zhuǎn)子的彎曲變形增大，最好的方法是降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支承剛度。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的被動(dòng)控制主要是通過改變支承的材料或結(jié)構(gòu)，或者附加阻尼器，來改變支承剛度，增加阻尼，以減小轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。目前，主要采用彈性支承和擠壓油膜阻尼器來降低轉(zhuǎn)子不平衡力所造成的振動(dòng)。由彈性支承提供低的支承剛度，降低轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速；由擠壓油膜阻尼器提供阻尼，減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值和外傳力。彈性支承主要有籠條式和鋼環(huán)式兩種結(jié)構(gòu)?；\條式彈性支承為懸臂式結(jié)構(gòu)，一端固定于軸承座上，另一端懸伸，內(nèi)部裝有軸承以支承轉(zhuǎn)子?；\條式彈性支承利用籠條的低剛度，以降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。鋼環(huán)式彈性支承屬于徑向式（又稱波形環(huán)、彈性環(huán)），具有較低的剛度，從而降低轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。擠壓油膜阻尼器軸承（SDF）由于減振效果顯著、結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、制造容易，首先在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用，目前已成為減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、延長壽命的典型設(shè)計(jì)，并已推廣應(yīng)用到了地面高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。擠壓油膜阻尼器如圖1所示，一般由外環(huán)和內(nèi)環(huán)組成，內(nèi)外環(huán)之間具有很小的環(huán)形間隙，中間充滿油液，內(nèi)環(huán)只能平動(dòng)，擠壓內(nèi)外環(huán)之間的油液，形成擠壓油膜，產(chǎn)生阻尼作用。擠壓油膜阻尼器軸承按照軸頸中心與軸承中心在轉(zhuǎn)子未旋轉(zhuǎn)時(shí)是否同心，分為帶定心彈性支承的同心型和不帶定心彈性支承的非同心型。孟光[26]對(duì)擠壓油膜阻尼器系統(tǒng)的非線性特性進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。圖1擠壓油膜阻尼器簡圖Fig1SchematicdrawingofSFD擠壓油膜阻尼器軸承盡管具有明顯的減振效果，但如果設(shè)計(jì)制造不好或轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡惡化，油膜力的非線性會(huì)大大增加，導(dǎo)致許多有害的非線性響應(yīng)，如雙穩(wěn)態(tài)跳躍響應(yīng)等。為了克服上述不足，出現(xiàn)了幾種改進(jìn)的擠壓油膜阻尼器，如多孔環(huán)擠壓油膜阻尼器和可控?cái)D壓油膜阻尼器等，其中，可控?cái)D壓油膜阻尼器已經(jīng)是一種主動(dòng)控制系統(tǒng)，它通過調(diào)節(jié)阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)（油膜間隙、油膜承載長度）產(chǎn)生非線性油膜力逼近線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所需的控制力，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)[30]。一般對(duì)擠壓油膜阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析都是采用非線性擠壓油膜力，其表達(dá)式非常復(fù)雜，具有強(qiáng)非線性。以往的研究都不考慮油膜慣性的影響，但近年來的研究表明在高轉(zhuǎn)速時(shí)油膜慣性力的影響很大，并具有提高阻尼，減小剛度的作用。今后擠壓油膜阻尼器軸承的研究重點(diǎn)應(yīng)考慮超高轉(zhuǎn)速（接近或大于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)三階臨界）時(shí)的動(dòng)力特性、強(qiáng)非線性油膜力的影響、油膜空穴和油溫變化及可壓縮流體的影響等。2.4轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)與穩(wěn)定性的主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)和穩(wěn)定性的控制的難度隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和功率的提高而不斷增大，現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提出了主動(dòng)控制的要求。對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制的研究包括：控制的目標(biāo)函數(shù)，控制器的設(shè)計(jì)和施加控制力的方法等，但最關(guān)鍵的還是實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)和穩(wěn)定性的主動(dòng)控制。一般有兩種施加控制力的方法：一種是直接將力加在轉(zhuǎn)子上，另一種是通過軸承座來施加。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，一個(gè)成功的主動(dòng)控制作動(dòng)器應(yīng)具有：緊湊的結(jié)構(gòu)，大的作動(dòng)力，大的調(diào)節(jié)距離（應(yīng)大于轉(zhuǎn)子可能的最大振幅），寬的頻率范圍（至少應(yīng)包括要控制的最高振動(dòng)頻率）。目前最常見的幾種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制手段有：磁軸承，壓電作動(dòng)器，記憶合金作動(dòng)器，液壓作動(dòng)器，主動(dòng)可傾瓦軸承，主動(dòng)油膜（擠壓油膜）軸承以及電/磁流變阻尼器等。磁軸承特別適用于對(duì)轉(zhuǎn)子的直接控制，其工作原理是磁懸浮技術(shù)，即利用可控電磁鐵制造旋轉(zhuǎn)磁場并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的磁懸浮。由于磁軸承具有無機(jī)械磨損、不需潤滑和超高速等優(yōu)點(diǎn)，磁軸承的研究和應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。壓電作動(dòng)器的控制力是通過壓電材料產(chǎn)生的壓電力，這種作動(dòng)器適用于小振動(dòng)或高精度結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是大剛度和高頻率。記憶合金作動(dòng)器是通過記憶合金的形狀改變達(dá)到調(diào)節(jié)剛度，進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的目的來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的，而液壓作動(dòng)器是通過壓力控制改變控制力的。主動(dòng)可傾瓦軸承可根據(jù)轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承剛度和阻尼特性的最佳調(diào)節(jié)，它是通過調(diào)節(jié)油膜厚度等參數(shù)來改變油膜力，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，需要的位移小。主動(dòng)油膜（擠壓油膜）軸承的作用原理是通過調(diào)節(jié)軸承間隙和承載長度來達(dá)到改變油膜力的目的，目前報(bào)道的有錐形可控?cái)D壓油膜阻尼器等。電/磁流變阻尼器是近幾年出現(xiàn)的一種新型主動(dòng)控制阻尼器，由于電/磁流變液在外電/磁場的作用下可發(fā)生從液態(tài)到類固態(tài)的瞬間可逆的變化，因而這類阻尼器的剛度和阻尼也可通過外加電/磁場實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)連續(xù)可控，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)控制中取得了很好的效果。上述轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如磁軸承的不足在于軸承參振質(zhì)量大，承載力小，需附加保護(hù)軸承等；記憶合金和液壓作動(dòng)器的不足是反饋速度慢等。到目前為止，還只有磁軸承得到了較廣泛的商業(yè)應(yīng)用。閻曉軍，聶景旭[24]等在主動(dòng)變剛度理論的基礎(chǔ)上，利用形狀記憶合金作為驅(qū)動(dòng)元件，設(shè)計(jì)了用于高速轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制的智能變剛度支承系統(tǒng)。并利用該支承系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速轉(zhuǎn)子的振動(dòng)主動(dòng)控制。張濤[7]針對(duì)無軸承永磁同步電機(jī)中的轉(zhuǎn)子振動(dòng)，利用懸浮轉(zhuǎn)子剛度和阻尼可調(diào)節(jié)這一特點(diǎn)，釆用控制策略產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)幅值大小相等、相位相反的信號(hào)，抵消振動(dòng)信號(hào)，從而減小或消除了振動(dòng)力，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心一般較小，只要無軸承電機(jī)的氣隙足夠大，總可以使轉(zhuǎn)子圍繞其慣性中心軸旋轉(zhuǎn)而無振動(dòng)力傳遞到定子與機(jī)座上，徹底消除了轉(zhuǎn)子振動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)不一定圍繞定子的幾何中心，可能會(huì)存在一定的偏心距。馮銳[32]針對(duì)高速磁懸浮電動(dòng)機(jī)對(duì)拖試驗(yàn)中兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸不對(duì)中導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)加劇問題，對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸建立數(shù)學(xué)模型，采用簡化廣義陷波器對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡同頻分量進(jìn)行辨識(shí)作為位移補(bǔ)償信號(hào)，使轉(zhuǎn)子軸繞其慣性軸旋轉(zhuǎn)，并使用廣義根軌跡分析加入陷波補(bǔ)償后磁軸承控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和算法收斂性。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)與穩(wěn)定性的主動(dòng)控制技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，進(jìn)一步的研究應(yīng)考慮非線性控制問題、快速反饋控制問題。應(yīng)研制頻率寬、作動(dòng)力大、動(dòng)力學(xué)特性簡單、尺寸小和控制方便的控制方法和控制器。3電機(jī)模態(tài)分析準(zhǔn)確有效的計(jì)算電機(jī)的固有頻率以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速對(duì)減振降噪具有重要的指導(dǎo)作用。對(duì)復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分析多用傳遞矩陣法和有限元法。隨著計(jì)算方法的改進(jìn)和發(fā)展以及計(jì)算機(jī)速度的快速提高，通過有限元方法對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的建模和分析方法已比較成熟，基于這種方法計(jì)算出的臨界轉(zhuǎn)速和電機(jī)的振型已比較接近實(shí)測結(jié)果，該方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在孫劍波的論文《開關(guān)磁阻電機(jī)的減振降噪和低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)研究》[5]中，從聲輻射和振動(dòng)幅值角度探討了SR電機(jī)主尺寸的確定，定性分析了影響振動(dòng)振幅的各種因素；分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)；通過頻譜分析計(jì)算了電機(jī)振動(dòng)的主要諧波分量，為電機(jī)設(shè)計(jì)階段定子固有頻率的確定提供參考；李睿[2]等以異步電機(jī)地腳作為主要研究對(duì)象，通過改變地腳的結(jié)構(gòu)來探討其對(duì)電機(jī)整體固有頻率的影響。韓偉針對(duì)異步電機(jī)，分別建立了異步電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、整機(jī)的有限元模型，通過比較不同有限元模型的計(jì)算結(jié)果精度改進(jìn)了有限元建模方法，并研究了系統(tǒng)參數(shù)如軸承剛度對(duì)電機(jī)振動(dòng)模態(tài)和固有頻率的影響。MingsianR.Bai[8]等在軸承上安裝線性音圈激振器來補(bǔ)償軸不平衡引起的徑向振動(dòng)并取得的良好效果。宋佳文、賴俊良[14]從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，應(yīng)用有限元軟件ANSYS研究了大電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特性，計(jì)算出了轉(zhuǎn)子前20階模態(tài)的固有頻率，得到了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，找出了影響轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性的主要因素，為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子的理想工作轉(zhuǎn)速和提高轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性提供了依據(jù)。傅彩明、毛文貴[18]應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)和有限元仿真軟件，建立了某大型立式電動(dòng)機(jī)的有限元模型，分析了電機(jī)振動(dòng)變形和結(jié)構(gòu)破壞的分布規(guī)律，確定了大型立式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)變形與破壞的主要形式和部位。4電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的傳遞路徑結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲傳遞過程的實(shí)質(zhì)是振動(dòng)能量的傳遞過程，一般可分為四個(gè)階段，即產(chǎn)生（Generation）、傳遞（Transmission）、擴(kuò)散（Propagation）、輻射（Radiation），如果只研究振動(dòng)不涉及噪聲的問題，一般只關(guān)心前三個(gè)階段。最早提出的關(guān)于系統(tǒng)傳遞路徑特性分析的方法是統(tǒng)計(jì)能量分析（StatisticalEnergyAnalysis，簡稱SEA）。這種方法是由Lyon于六十年代初首先提出并開始系統(tǒng)闡述的。他提出的雙線性耦合振子功率流理論，奠定了經(jīng)典統(tǒng)計(jì)能量法的理論基礎(chǔ)。以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的分析系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的方法是傳遞路徑分析（TransferPathAnalysis，TPA）方法，主要是基于線性時(shí)不變系統(tǒng)的線性疊加原理建立起來的以廣義力和廣義速度作為研究變量，通過計(jì)算各傳遞路徑的力或者速度的傳遞率和隔振率，或者結(jié)合相應(yīng)的傳遞函數(shù)計(jì)算各傳遞路徑的響應(yīng)分量來對(duì)各傳遞路徑重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序，以此辨識(shí)主要的傳遞路徑。在傳遞路徑分析過程中，通常需要求解各傳遞路徑的兩個(gè)問題：一個(gè)是作用力，另一個(gè)是傳遞函數(shù)。解決這兩個(gè)問題可以采用直接測量法、復(fù)剛度法和矩陣求逆法。直接測量法就是由系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)位置提取相應(yīng)的力或者速度信號(hào)。復(fù)剛度法是利用位移便于測量的特點(diǎn)結(jié)合傳遞路徑的動(dòng)態(tài)復(fù)剛度來計(jì)算作用力的方法，該方法應(yīng)用較為廣泛。矩陣求逆法是利用系統(tǒng)的作用力和加速度列向量之間的傳遞函數(shù)矩陣求逆的方式由加速度計(jì)算作用力的方法。另外一種從能量角度研究系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的方法是功率流法[33]。功率流方法綜合了力和速度響應(yīng)大小及相位關(guān)系，給出了振動(dòng)傳輸?shù)囊粋€(gè)絕對(duì)度量，是研究復(fù)雜系統(tǒng)振動(dòng)的有效工具。通過對(duì)功率流的分析，可以將振源輸入系統(tǒng)的總功率流、注入系統(tǒng)的凈功率流和控制器吸收的功率流聯(lián)系起來，從而了解系統(tǒng)內(nèi)部的振動(dòng)能量分布情況，易于揭示振動(dòng)傳輸機(jī)理和振動(dòng)控制效果。韓旭[28]針對(duì)車輛系統(tǒng)中的振動(dòng)傳遞問題，分析了動(dòng)力總成振動(dòng)引起的乘員室內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞路徑，根據(jù)流經(jīng)各傳遞路徑的功率流對(duì)各傳遞路徑進(jìn)行了排序和辨識(shí)。該論文對(duì)電機(jī)中的振動(dòng)傳遞問題也有一定的借鑒作用。武新峰[29]提出了一種基于有限元分析的彈性振動(dòng)傳遞函數(shù)建模方法，該方法根據(jù)輸入?yún)?shù)和辨識(shí)算法類型的不同，分別從時(shí)域和頻域兩方面進(jìn)行傳遞函數(shù)建模，然后以“時(shí)域建模頻域驗(yàn)證，頻域建模時(shí)域驗(yàn)證”的方法檢驗(yàn)傳遞函數(shù)的精度。通過建立懸臂梁、某運(yùn)載火箭和某彈體局部結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)模型，證明了該方法的可行性和有效性。喬志[31]等對(duì)潛艇中基座及艇體中的振動(dòng)能量傳遞特性進(jìn)行了分析，得出了基座中傳遞振動(dòng)主要途徑以及占主導(dǎo)作用的波的形式。5風(fēng)機(jī)空氣噪聲電機(jī)空氣動(dòng)力噪聲是由電機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲[20]。產(chǎn)生這種噪聲的根本原因是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子上某些凸出部位使得空氣產(chǎn)生沖擊和摩擦所形成，其大小主要決定于其風(fēng)量及風(fēng)壓大小。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，此項(xiàng)噪聲所占比例較大，主要有旋轉(zhuǎn)噪聲、渦流噪聲和笛鳴噪聲。一般電機(jī)常采用離心式或軸流式風(fēng)扇。（1）旋轉(zhuǎn)噪聲：風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)受到風(fēng)葉周期性力的作用，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)噪聲。（2）渦流噪聲：在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子表面上的突出物會(huì)影響氣流。由于粘滯力的作用，氣流分裂成一系列分立的小渦流，這種渦流之間的分裂使空氣擾動(dòng)，形成壓縮與稀疏過程，從而產(chǎn)生噪聲。（3）笛聲：氣流遇障礙物發(fā)生干擾時(shí)會(huì)產(chǎn)生單一頻率的笛聲，隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件之間氣隙的減小而增強(qiáng)。空氣動(dòng)力噪聲的控制有多種方法。其中主要包括[21]：（1）電機(jī)的冷卻由空氣冷卻改為水冷。（2）風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，風(fēng)葉采用奇數(shù)葉片，最好采用不等分的葉片間距；風(fēng)葉采用后傾式，并用圓角過渡。（3）風(fēng)路的設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)風(fēng)路系統(tǒng)，降低空氣阻尼；改變風(fēng)道方向時(shí)，采用大的半徑；風(fēng)道截面積應(yīng)逐漸變化。（4）加裝消聲器或隔聲罩。第一種方法降噪效果較好，但是施工比較復(fù)雜，投資較高，生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)比較困難。第二種方法降噪量較低，一般只有3～5dB，環(huán)境效果不明顯。加裝消聲器或隔聲罩的方法目前較為常用，消聲器同時(shí)對(duì)電磁噪聲的傳播有時(shí)也有一定的抑制作用。目前針對(duì)電機(jī)的空氣噪聲鮮有采用流固耦合方法進(jìn)行的降噪研究，在黎少輝的論文《風(fēng)機(jī)葉片流固耦合特性分析與故障診斷》中通過對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的模態(tài)分析和葉輪出口氣動(dòng)信號(hào)頻譜分析發(fā)現(xiàn)，一定來流速度范圍內(nèi)氣流脈動(dòng)引起的顫振和某一階固有頻率有關(guān)，即氣流的脈動(dòng)頻率與葉片固有頻率趨于相同，遠(yuǎn)離失速攻角時(shí)氣流脈動(dòng)頻率逐步擺脫固有頻率的影響。為研究風(fēng)機(jī)葉輪系統(tǒng)氣固耦合振動(dòng)互體現(xiàn)的特性，論文利用刻畫非線性系統(tǒng)的多特征分析方法，從不同角度對(duì)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)采集的不同工況下葉輪軸向振動(dòng)信號(hào)及葉輪出口氣動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果證明這兩種信號(hào)在某些量化特征上具有耦合互體現(xiàn)特征。雖然論文的研究對(duì)象為風(fēng)機(jī)，但對(duì)電機(jī)中氣流脈動(dòng)和轉(zhuǎn)子之間的振動(dòng)噪聲抑制具有參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)孟光．轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究的回顧與展望[J]．振動(dòng)工程學(xué)報(bào)．2002，15（1）：1-10．李睿．電機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)振動(dòng)的有限元計(jì)算[D]．天津：天津大學(xué)，2012．夏松波，劉永光，李勇，須根法．旋轉(zhuǎn)機(jī)械自動(dòng)動(dòng)平衡綜述[J]．中國機(jī)械工程，1999，（04）．歐陽紅兵，曾勝，汪希萱．轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在線動(dòng)平衡綜述及展望[J]．機(jī)械強(qiáng)度，1997，（04）．黃立權(quán)，王維民，蘇奕儒．基于電磁自愈力的轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡方法與實(shí)驗(yàn)研究．振動(dòng)與沖擊．2011（1）：208-212．孫劍波．開關(guān)磁阻電機(jī)的減振降噪和低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)研究[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2005．張濤．無軸承永磁同步電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)及抑制振動(dòng)控制研究[D]．江蘇：江蘇大學(xué)，2012．MingsianR．Bai，Kwuen-YiengOu．ExperimentalEvaluationofAdaptivePredictiveControlforRotorVibrationSuppression[J]．IEEETRANSACTIONSONCONTROLSYSTEMSTECHNOLOGY，2002，10（6）：895-901．王曼暉，陳雷，大功率感應(yīng)式高速異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)模態(tài)和固有頻率研究[J]，船電技術(shù)，2008，28（1）：21-42．李貞婷，ANSYS模態(tài)分析在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算上的應(yīng)用[J]，防爆電機(jī)，2009，44（3）：37-56．王天煜，王鳳翔，方程等，高速電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算與振動(dòng)模態(tài)分析[J]，遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，28（5）：805-808．藍(lán)柏云，張雷，秦宗慧，空冷135MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子橫振特性研究[J]，機(jī)械強(qiáng)度，2006，28（1）：127—131．馬艷霞，鄧春鋒，張鵬，電機(jī)聯(lián)軸控制的旋轉(zhuǎn)機(jī)械定轉(zhuǎn)子模態(tài)分析[J]，實(shí)驗(yàn)研究，2010，01（2）：107-109．宋佳文，賴俊良，基于ANSYS的大電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性分析[J]，黑龍江水專學(xué)報(bào)，2009，36（3）：81-84．顏世偉，余世浩，基于有限元模態(tài)技術(shù)的某電機(jī)轉(zhuǎn)子