一种工作状态下电机振动特性预测模块及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工作状态下电机振动特性预测模块及试验方法，属于电机结构声学技术领域，特别适用于军、民用各类大型电机工作状态下的振动特性的预测与试验。
【背景技术】
[0002]电机振动噪声的控制是环境保护所面临的重要课题，也是提高电机产品在国内外市场竞争能力的重要环节，而获取电机振动特性是进行低噪声电机设计的关键技术；由于电机结构的复杂性，尤其是在工作状态下，其振动研宄涉及了电磁学、力学和热学等多个学科领域的交叉与融合，这也给电机振动特性的研宄带来一定的挑战性；目前，国内外关于电机振动特性的大量研宄主要集中在电机部件(如机座、铁芯和定子)或者整机自由状态下，几乎没有涉足到电机工作状态的振动特性研宄；然而，只有掌握了电机在工作状态下的振动特性，才能真正了解电机的实际振动状态，为电机低噪声设计提供切实有效的科学依据；
对于工作状态下的电机振动特性的研宄，其难度在于如何合理有效地考虑电机工作状态对电机振动特性的影响因素；在工作状态下，需考虑转子对定子的影响，其关键在于处理转轴与轴承之间的配合关系；另外，同样存在较大影响的因素还有电机工作时产生的电磁力和温升对电机刚度的影响；因此，要保证电机工作状态下的振动特性预测精度，需重点考虑好以上影响因素的作用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，克服现有预测和试验方法的缺陷和不足，提供一种工作状态下电机振动特性的预测模块，用于对电机工作状态下的振动特性开展全面而深入的研宄，进而掌握电机在工作状态下的振动规律；同时，提出一种工作状态下电机振动特性试验方法，用于指导对在实际工作状态下的电机进行振动特性试验；
本发明的技术方案是提供一种电机工作状态下振动特性的预测模块，其特征在于，包括:
一电机建模单元:基于实体电机进行构建，包括底座、设置在底座上的电机本体，所述电机本体上固定有冷却系统，所述电机本体包括定子以及转子组件；电机本体和底座之间还设置有减振气囊；
一网格划分单元:实现了电机模型的网格划分，全局采用六面体拓扑结构进行划分，单元尺寸控制在5~20mm之间，网格数量达到了 80万个，并保证了较高的网格质量；
一载荷施加单元:用于加载电机在实际工作状态下受到的电磁力和温升；所述电磁力的加载是根据电机工作状态下定子铁芯受到的实际电磁力大小和分布形式进行加载，温升加载是根据电机工作后产生的稳定温升进行加载；
一模态计算单元:用于计算电机工作时的各阶模态频率及振型；
一模态提取单元:用于提取电机工作时的各阶模态频率及振型。
[0004]在上述的一种电机工作状态下振动特性的预测模块，所述电机建模单元对定子铁芯进行正交各向异性等效，其作用在于更加真实地模拟出铁芯叠片结构所具有的特征；
对定子机座各壁板之间的焊接进行节点粘接；
对各螺栓装配件之间的结合部按照螺栓压缩锥理论进行处理，并考虑螺栓预紧力的作用，通过梁单元或者预紧单元来模拟螺栓预紧力的效果；
转子与轴承之间的配合根据轴承滚动体的数量采用杆单元进行模拟，并设置一定的径向刚度和轴向刚度，其中径向刚度可根据滚动体的材料和截面尺寸进行设置，轴向刚度根据是否存在挡圈以及是否承受一定的轴向力进行适当设置。
[0005]在上述的一种电机工作状态下振动特性的预测模块，实现了电机实际工作状态下受到的电磁力和温升加载；电磁力的加载是根据电机工作状态下定子铁芯受到的实际电磁力大小和分布形式进行加载，温升加载是根据电机工作后产生的稳定温升进行加载。
[0006]一种工作状态下电机振动特性试验方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1:将被试电机安装在铸铁平台上，并采用减振气囊进行弹性安装；
步骤2:接通电源进行电机调试运行，运行正常后停机断电；
步骤3:布置加速度传感器，主要电机壳体和端盖外表面上进行布置，壳体上各测点按30X30cm矩形阵列进行分布，端盖上各测点按照直径相差20cm的同心圆，且圆周方向每隔22.5°布置一个测点；
步骤4:连接测试设备，将传感器信号线连接到数采设备上，将数采设备的数据传输线与PC机连接，启动电源；
步骤5:开启模态测试软件，检测各传感器的信号是否正常，并设置采集参数；
步骤6:重新接通电机电源，通过变频器启动电机，使电机转速平稳上升到额定转速下，与此同时，采集整个过程中各加速度传感器的响应信号，并同步采集电机的实时转速；步骤7:电机停机，通过模态测试软件中的工作模态分析模块识别和提取电机工作时的各阶模态频率及振型；
步骤8:根据模态置信准则评判识别出的模态的合理性，若验证合理，则断开测试设备和电机电源，结束试验，若验证不合理，则重复步骤6，重新采集与识别。
[0007]本发明的优势在于提供了一种电机工作状态下振动特性的预测模块，方法简单有效，考虑全面，能准确预测出电机工作状态下的振动特性；本发明提出的试验方法，实施过程简单高效，并能真实有效地获得电机工作状态下的振动特性。
【附图说明】
[0008]图1为本发明预测模块中的电机模型；
图2为本发明试验步骤中电机外壳上的加速度传感器布置方案；
图3为本发明试验步骤中电机端盖上的加速度传感器布置方案。
【具体实施方式】
[0009]以某大型电机工作状态为实施例，并结合附图对本发明作进一步说明:
一、硬件结构。
[0010]如图1所示，本发明预测模块中包括: 一电机建模单元:基于实体电机进行构建，电机模型主要由冷却系统1.1、定子1.2、转子1.3、底座1.4和减振气囊1.5等部件装配而成；
如图2所示，本发明电机工作状态下的振动特性试验中加速度传感器2.1布置在电机外壳2.2上，并按30 X 30cm矩形阵列进行分布；
如图3所示，本发明电机工作状态下的振动特性试验中加速度传感器3.1布置在电机端盖3.2上，并按照直径相差20cm的同心圆，且圆周方向每隔22.5°布置一个测点。
[0011]一网格划分单元:实现了电机模型的网格划分，全局采用六面体拓扑结构进行划分，单元尺寸控制在5~20mm之间，网格数量达到了 80万个，并保证了较高的网格质量；
一载荷施加单元:用于加载电机在实际工作状态下受到的电磁力和温升；所述电磁力的加载是根据电机工作状态下定子铁芯受到的实际电磁力大小和分布形式进行加载，温升加载是根据电