車用交流發電機模態實驗及一致性分析

摘 要：本文采用錘擊法對車用交流發電機整機進行模態實驗，得到模態參數，分析其模態特性，并對其一致性進行分析，為工程實踐中的減振降噪提供參考和依據。

關鍵詞：模態實驗 模態參數 一致性

1.引言

模態是機械結構的固有振動特性，每一階模態都有與其對應的模態參數，各階模態參數的疊加就是結構固有振動特性的全貌。模態參數（包括固有頻率、固有振型、模態質量、模態剛度和模態阻尼比等）表明在哪些頻率下結構會產生共振以及產生共振時結構的相對變形，這為改善結構的動態特性提供依據[1]。為了改善交流發電機的電磁噪聲，需要分析發電機的模態特性，為減振降噪提供依據，本文將對定子內包式發電機進行模態實驗得到其模態參數，分析其模態特性，發現一致性問題。

2. 實驗方案及設備

本文采用錘擊法進行模態實驗。在模態實驗中，力錘給被測部件一個激振力，力錘上的力傳感器測量輸入到被測部件上去的激振力，加速度傳感器測量相應點處被激起的振動運動，這些信號輸入到采集前端并通過計算機的分析軟件加以分析處理，分析軟件將這些信號離散化并用于估計頻響函數，如圖1所示。每個被測部件按此方案進行，測試時將加速度傳感器固定在被測部件的某一點上（即拾振點），用力錘逐點敲擊各個被測部件的激勵點（包括拾振點），實驗所需要的設備如表1所示。

本文對發電機整機進行實驗模態分析，為了研究其模態的一致性，隨機抽取5個發電機，分別編號A1，A2，A3，A4，A5。

3.發電機整機模態試驗及結果分析

3.1實驗模型

整機是一個復雜的裝配體，為了獲得其振型，在前、后端蓋、定子圓周處分別布置12個激勵點共36個點，以獲得比較立體的振型，如圖2所示，其模態分析模型如圖3所示。

3.2實驗結果分析

各階模態振型如圖4所示，模態頻率如表2所示。

由表2可知，整機一階橢圓模態頻率平均為1555.4Hz，二階橢圓模態頻率平均1752.7Hz，三階三角形模態頻率平均為2529.5Hz，四階三角形模態頻率平均為2726.6Hz，應著重關注這個幾個頻率的電磁振動和噪聲。

一階最大頻率與最小頻率相差96.7Hz，二階最大頻率與最小頻率相差61.3Hz，三階大頻率與最小頻率相差146.6Hz，四階最大頻率與最小頻率相差329.9Hz，頻率變化大，整機模態一致性相對較差。由于這是隨機抽取的5個發電機，所以能代表工程實踐中的一個普遍現象。

發電機整機是由零部件裝配而成，其模態由定子鐵芯、前端蓋、后端蓋等零部件共同決定，故其一致性差是由各零部件共同引起的。進一步，由圖5可知，橢圓模態頻率波動較小，一致性較好，而三角模態頻率波動較大，一致性較差。故在實際中，應著重提高三角模態的一致性。

4結論

本文對發電機整機進行模態實驗，獲得了發電機的模態參數，得到如下結論：

1.發電機整機一階橢圓模態頻率平均為1555.4Hz，二階橢圓模態頻率平均1752.7Hz，三階三角形模態頻率平均為2529.5Hz，四階三角形模態頻率平均為2726.6Hz，應著重關注這個幾個頻率的電磁振動和噪聲。

2.整機模態一致性相對較差，其一致性差是由各零部件共同引起的。橢圓模態頻率波動較小，一致性較好，而三角模態頻率波動較大，一致性較差，應著重提高三角模態的一致性。

參考文獻：

[1] 李德葆，陸秋海. 實驗模態分析及應用.北京：科學出版社.2001

[2] 李承德. 錘擊振動試驗的模態分析方法（上）.汽車技術.1985， （4）：18-34

[3] 劉星.車用交流發電機模態特性研究.西南交通大學碩士論文.2014

作者簡介：

張藝華（1987.2—）女，四川渠縣人，助教，主要從事汽車制造與裝配技術研究。