汽車交流發電機降噪優化設計方法技術

本發明專利技術涉及一種汽車交流發電機降噪優化設計方法,該方法包括如下步驟：步驟一：建立電機結構三維有限元模型，利用有限元法對發電機的結構模態進行計算，得出發電機各主要零部件及整機的模態特性，最后模態仿真與實驗的對比分析，根據結果對有限元模型進行調整；步驟二：在對電磁力特性的研究基礎上,通過對比不同加載方式的計算結果,用電磁力簡化加載方式對發電機電磁振動響應進行計算；步驟三：應用瞬態邊界元法進行電磁聲輻射計算,得到各振動響應的聲輻射結果。本發明專利技術方法對電機的結構模態進行分析，從模態實驗中提取結構參數，預知振動形態，對結構進行改進，防止共振現象的產生，進一步對結構進行優化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于汽車降噪領域，具體涉及一種汽車交流發電機降噪優化設計方法。
技術介紹
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。車用發電機做為汽車上必不可少的一部分,其噪聲標準也越來越嚴格。車用交流發電機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,中國的各大汽車生產商對供應商所提供交流發屯機的NVH性能要求也日益嚴格。所以發電機的噪聲大小不僅反映了其生產質量,同時也一定程度上決定了其市場競爭力。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本專利技術提供一種汽車交流發電機降噪優化設計方法，通過建立汽車電機結構三維有限元模型，對電機的結構模態進行分析，從模態實驗中提取結構參數，預知振動形態，對結構進行改進，防止共振現象的產生，進一步對結構進行優化。本專利技術的技術方案是：一種汽車交流發電機降噪優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：首先建立電機結構三維有限元模型，然后利用有限元法對發電機的結構模態進行計算，并與模態實驗進行對比分析，以驗證仿真計算的可靠性，并得出發電機各主要零部件及整機的模態特性，最后模態仿真與實驗的對比分析，根據結果對有限元模型進行調整；步驟二：在對電磁力特性的研究基礎上,通過對比不同加載方式的計算結果,用電磁力簡化加載方式對發電機電磁振動響應進行計算；步驟三：將電磁振動結果導入LMS?VirtuaL?Lab中,應用瞬態邊界元法進行電磁聲輻射計算,得到各振動響應的聲輻射結果。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，包括發電機前端蓋、定子、后端蓋及整機的有限元模型，轉子以集中質點的方式施加在整機模型中。所述前端蓋、后端蓋與定子的接觸部分采用部分節點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計算均是在自由狀態下進行，只取3000Hz以下的模態。所述有限元模態計算方法采用蘭索斯法。所述整機的模態特性測量是在發電機前端蓋、定子、后端蓋和罩蓋的圓周表面上各選取18個點,每隔20°選取一點作為測點；全約束節點在測量時直接跳過，在定子上選取一個響應較好的固定節點做為三相傳感器的測量點,采用移動力錘的方法進行發電機模態測試,力錘沿著徑向敲擊各測點。每個測點敲擊5遍,每遍敲擊3次,以減小實驗誤差。所述步驟三為：在Hyper?Mesh中建立了發電機聲學模型,在VirtuaL?Lab中模擬發電機的噪聲測試環境及測點位置建立半消聲室聲學仿真環境和以發電機中心為半徑的場點，把計算得到的強迫振動響應結果做為邊界條件進行聲輻射計算,得到發電機在1830Hz、1850Hz和2790Hz下的電磁聲輻射結果；對電磁力的不同加載方式下的強迫振動進行聲輻射計算,得出不同加載方式下聲輻射結果。所述設計方法還包括步驟四：計算定子變形和偏心情況下的電磁噪聲。本專利技術有如下積極效果：通過建立汽車電機結構三維有限元模型，對電機的結構模態進行分析，從模態實驗中提取結構參數，預知振動形態，對結構進行改進，防止共振現象的產生，進一步對結構進行優化。附圖說明圖1為本專利技術具體實施方式發電機模態實驗示意圖。具體實施方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，本專利技術的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本專利技術的專利技術構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。本專利技術方法包括三個步驟，下面按步驟介紹本專利技術方法的思路：步驟一、電機結構模態分析與優化設計；電磁噪聲主要是指電磁力與電機結構振動模態發生共振而向外福射的噪聲，因此對電機進行結構振動模態分析，掌握模態固有頻率和振型，是深入進行電磁噪聲研究的基礎。首先建立電機結構三維有限元模型，然后利用有限元法對發電機的結構模態進行計算，并與模態實驗進行對比分析，以驗證仿真計算的可靠性，并得出發電機各主要零部件及整機的模態特性。最后模態仿真與實驗的對比分析，根據結果對有限元模型進行調整，從而提高有限元模型的精確度，為進一步結構優化設計提供前期準備。1.?電機結構三維有限元模型的建立結構動力學特性的研究有多種方法，模態分析是一種近代產生的方法。我們知道模態是機械結構的固有屬性，與外界因素無關，模態參數包括固有頻率、阻尼比和固有振型。模態參數的獲取可以通過實驗和計算兩種途徑，,這個獲取模態參數的過程叫做模態分析，前一種方法叫做實驗模態分析，后一種又分為解析法和數值計算法，有限元法計算模態就是基于后者的數值計算法求解的。固有模態只和結構自身的固有特性有關，,與外界因素無關。結構在外力作用下的振動響應是各模態強迫振動響應的線性疊加。可見模態計算是強迫振動響應計算的基礎。當振動系統是多自由度系統時，此時存在多階模態，每一階模態都對應著其模態參數，,包括固有頻率、模態質量、固有振型、模態剛度和阻尼比等。頻率、振型和阻尼是模態參數中最為重要的，如果系統是無阻尼的則只有頻率和振型。模態計算很重要，通過模態計算能預知結構產生共振的頻率和共振時的結構變形，即可以為工程應用提供參考，以避免共振所產生的弊端。車用交流發電機的結構復雜，主要由皮帶輪、前端蓋、定子、轉子、風扇、后端蓋、整流器、罩蓋等組成。發電機各零件的加工方法可知道各個零件的幾何特征均比較復雜，微小的幾何特征(例如倒角)特別多，而有限元模型節點過多直接影響到計算速度且對計算機的內存要求也明顯提高。考慮到計算機的承受能力，在有限元模型建立時根據幾何特征對模態的影響大小對其進行適當簡化，省略掉許多邊角結構，以提高其運算速度。項目有限元模型的建立是在有限元軟件Hyper?Mesh中完成的，只建立了發電機前端蓋、定子、后端蓋及整機的有限元模型，轉子及其他部分以集中質點的方式施加在整機模型中。發電機前后端蓋與定子的裝配在設計階段采用的是過盈配合，在實際產品上它們之間是間隙配合，在發電機運行過程中又因熱脹冷縮前后端蓋與定子間的配合會變得更緊密，所以前后端蓋與定子的配合是比較復雜的。本文整機有限元模型中前、后端蓋與定子的接觸部分采用部分節點稱合的方式形成剛性連接，螺栓連接部分采用beam和rigid單元進行簡化代替。發電機轉子部件是通過軸承與發電機端蓋連接，這里只考慮了其質量的影響，以集中質量點的方式施加在模型中，通過reb3單元將mass質點懸掛在前后端蓋軸承位置處，轉子部分的質量為2.256X?10e-3T。2.?模態仿真計算ANSYS中雖說沒有規定單位，但是用戶要根據單位統一原則來自己定義，本文中各物理量采取的舉位制見表1，長度單位為mm，時間單位為S。表1?計算使用的單位制對發電機零件進行模態計算主要是為了校準其材料參數，為進一步整機模態計算奠定越礎，使整機模態計算結果更加準確。前端蓋、定子和后端蓋的模態計算均是在自由狀態下進行，只取3000Hz以下的模態。發電機整機的模態計算則是在安裝狀態下進行的，安裝狀態與發電機實際運行狀態相一致。表2給出了前端蓋、定子和后端蓋的材料參數，這些參數經過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種汽車交流發電機降噪優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：首先建立電機結構三維有限元模型，然后利用有限元法對發電機的結構模態進行計算，并與模態實驗進行對比分析，以驗證仿真計算的可靠性，并得出發電機各主要零部件及整機的模態特性，最后模態仿真與實驗的對比分析，根據結果對有限元模型進行調整；步驟二：在對電磁力特性的研究基礎上,通過對比不同加載方式的計算結果,用電磁力簡化加載方式對發電機電磁振動響應進行計算；步驟三：將電磁振動結果導入LMS?VirtuaL?Lab中,應用瞬態邊界元法進行電磁聲輻射計算,得到各振動響應的聲輻射結果。

【技術特征摘要】
1.一種汽車交流發電機降噪優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟一：首先建立電機結構三維有限元模型，然后利用有限元法對發電機的結構模態進行計算，并與模態實驗進行對比分析，以驗證仿真計算的可靠性，并得出發電機各主要零部件及整機的模態特性，最后模態仿真與實驗的對比分析，根據結果對有限元模型進行調整；
步驟二：在對電磁力特性的研究基礎上,通過對比不同加載方式的計算結果,用電磁力簡化加載方式對發電機電磁振動響應進行計算；
步驟三：將電磁振動結果導入LMS?VirtuaL?Lab中,應用瞬態邊界元法進行電磁聲輻射計算,得到各振動響應的聲輻射結果。
2.根據權利要求1所述的汽車交流發電機降噪優化設計方法，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，包括發電機前端蓋、定子、后端蓋及整機的有限元模型，轉子以集中質點的方式施加在整機模型中。
3.根據權利要求2所述的汽車交流發電機降噪優化設計方法，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點稱合的方式形成剛性連接。
4.根據權利要求3所述的汽車交流發電機降噪優化設計方法，其特征在于，所述前端蓋、定子和后端蓋的模態計算均是在自由狀態下進行，只取3000Hz以下的模態...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許其山，曾慶平，
申請(專利權)人：蕪湖杰諾瑞汽車電器系統有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34