機構電機底座振動分析

武曉波，李心爽

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

目前針對電機底座的振動問題的研究分析主要是對于整個岸橋機構電機底座進行全面研究，利用全面的動態特性對比可以有效的保證整體的振動分析過程準確，提高整體的控制質量。現階段，處理機構電機底座振動分析的技術比較多，目前應用比較廣泛的有兩種，一種是利用有限元進行分析，另一種是基于虛擬樣機技術來開展。而相對規模相對比較小的企業，商業軟件應用需要付出較大的經濟成本，因此整體的推廣程度達不到。在處理專業震動分析問題時，通常情況下采用自主設計程序軟件來實現，既能針對性的解決問題，也能有效的降低成本。機構電機底座振動主要的來源為電動機、減速箱、卷筒等組成部分，在實踐過程中做好這些內容的振動分析、控制和管理，可以有效的保證整體運行質量，實現在最短時間內完成振動噪音消除和分析優化過程。在實踐過程中，本研究對某機房電機進行工作現場振動分析，對于得出的現場分析結果進行綜合的振動動力學分析，這樣可以對機構電機底座產生振動的原因進行了解，完成后分別采用單自由度法和有限元單元配合使用的VB程序進行振動分析，最終得到機構電機底座不同位置的具體振動情況模型，便于分析和改良。

1 機構電機底座振動測試

根據經典振動理論可知，振動的發生需要滿足三個條件，分別為位移、速度和加速度，這三個影響因素確定了振動發生的程度和頻率，同時三個影響因素之間存在著一定的聯系，振動速度是反映整個機構電機底座能源運動程度、動量大小等非常直觀的數據。通過對機構電機底座振動測試，可以得出該機構電機底座振動速度最大值為7．2mm/s，這一數據已經遠遠超過行業規定要求的允許振動速度最大值4．5mm/s，因此確定該設備需要進行振動分析優化處理。同時在測試結果中發現，電機振動過程中，橫向的振動幅度明顯高于其他兩個方向，同時結合電機的具體安裝位置等情況，在后續的測試中將電機與底座結合，作為一個整體來考慮，這樣更加方便問題原因的探索。表1為振動速度峰值。

表1 振動速度峰值 mm/s

2 機構電機底座振動測試結果動力學分析

通過對整體機構電機底座振動情況的分析和研究，得出電機振動原因主要為以下三點。

（1）電機本身在生產過程中，轉子在確定過程中存在一定的誤差，導致質量均勻度不佳，低速轉動表現正常，而在快速轉動模式下，激勵力會快速增加，整體的不穩定性增強，產生振動。

（2）電機機身長度相對較長，在相同轉速情況下，轉速越快中間部分由于細小偏差產生的慣性力越大，傳達產生振動。

（3）電機底座在橫向上，整體的剛度相對較弱，未能有效的控制轉子運動。

因此，機構電機制造廠商需要在制造過程中做好充分的均勻度控制措施，保證電機轉動的穩定性，從本質上解決問題的發生。

3 基于簡化的單自由度法和有限單元法對數據結果進行軟件分析

我們在計算上利用Visual Basic，按照單自由度法和有限單元法編制，可以將機構電機底座進行數字化處理，同時確定振動的固有頻率，分析不同激勵條件下，振動速度的表現情況，同時獲得相應數據。

3.1 單自由度法快速分析

（1）計算固有頻率。整體電機被固定于地基處，在宏觀的角度來看，可以看成一個懸臂梁結構，電機利用等效替換的物理方法形成一個具有集中質量的自由端，由于鋼板位置的結構阻尼相對電機而言影響微弱，因此將系統可以等效視為單自由度振動系統，該系統忽略阻尼振動效果，運動方程如下：

式中：M——等效質量；

K——等效剛度；

E——材料彈性模量；

IZ——底座截面慣性矩；

H——底座高度。

求最大響應速度。根據系統運動方程（1），帶入（2）、（3）條件，得出最大響應速度。

其中：

λ——頻率比，，λ=ω/ωn

根據上式進行相應參數的修改，可以更快、更準確的得出系統的頻率值和振動情況。

3.2 有限單元法快速分析

（1）連續區域離散化。通常情況下，電機底座的主要由4個板構成，橫縱各2根，根據對所形成的構件分析，可以得出在底座位置形成結構具有一定的特殊性，同時在不同位置可能產生的振動頻率不同，因此，可以對每個角點位置進行編號和賦值，從而細化分析每一個具體位置的情況。

（2）計算系統固有頻率和動力響應。系統特征方程為

由于有限元在設計過程中程度有限，無法達到要求數據的取值，因此可以采用迭代法對固有頻率進行求解，分析動力的相應來源以及時間情況。通過疊加處理后，整體的電機轉速頻率不變，依然與各點位的具體位移值一致，振幅可以根據矩陣計算獲得影響數據，根據物理學知識計算可以得到最大速度Vmax。

4 結語

根據上述分析過程，我們得出機房電機造成機構電機底座振動的原因與處理方式如下。

（1）由于電機生產過程導致的偶然誤差存在，在低速模式不易檢測，在高速模式可以明顯發現這一問題。處理方式：與質量信得過的廠商合作，適當范圍內降低轉速，從而減小振源激勵力。

（2）電機機身過長，軸承間距大，轉子軸徑細，臨界轉速低。處理方式：適當減短電機機身及軸承間距。

（3）電機底座的長度長，高度高，電機底座橫向剛度不足。處理方式：控制電機底座長度和高度，加強底座橫向剛度。

（4）電動機本身旋轉不良。處理方式：卸下轉子檢查靜平衡。

（5）減速箱與電動機安裝精度差（對中超過規范）、電動機底座安裝精度不夠（水平度超過規范要求），傳動鏈安裝精度不夠（與底座相接觸）。處理方式：對電機進行重新調整。在應用兩個快速分析軟件進行優化設計后，先使用基于單自由度法的簡易快速分析軟件進行計算，結果可知修改設計參數達到使用要求，最后再使用有限單元法快速分析軟件對橫隔板的安裝布置進行驗算和調整，直至完全滿足使用要求。