引起直流电动机振动噪声的原因及其减振降噪措施

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 6.54MB 70 页 15积分

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .....................................................................................................................1

1.1 课题的研究背景和意义 .........................................................................................1

1.2 该领域目前的国内外先进水平 .............................................................................2

1.3 课题所要研究的内容及实施方案 ........................................................................ 2

1.4 本章小结 .................................................................................................................3

第二章直流电动机及振动与噪声的概念 .....................................................................5

2.1 直流电动机的原理和结构 .....................................................................................5

2.1.1 直流电动机的原理 ......................................................................................... 5

2.1.2 直流电动机的结构 ......................................................................................... 6

2.2 振动的基本概念 .....................................................................................................8

2.3 噪声的基本概念 .....................................................................................................8

2.3.1 客观评价噪声的几个物理量 ..........................................................................9

2.3.2 响度级和等响曲线 ........................................................................................11

2.4 本章小结 ...............................................................................................................12

第三章引起电动机振动噪声的原因及其减振降噪措施 .............................................13

3.1 电动机振动及噪声 ...............................................................................................13

3.1.1 直流电动机常见的异常振动 ........................................................................13

3.2 电动机噪声 .......................................................................................................... 16

3.2.1 电动机的噪声源 ............................................................................................16

3.3 改善直流电动机振动噪声的几种途经 ...............................................................20

3.3.1 改善直流电动机振动和噪声的途经 ............................................................20

3.4 本章小节 .............................................................................................................. 20

第四章实验分析 ...........................................................................................................22

4.1 实验模态分析 .......................................................................................................22

4.1.1 实验模态分析技术 ........................................................................................22

4.1.2 实验模态分析的基本过程 ............................................................................22

4.1.3 模态实验中的一些注意事项 ........................................................................24

4.1.4 电动机振动实验模态方案设计 ....................................................................24

4.1.5 实验工况 ........................................................................................................27

4.1.6 力信号和响应的时域波形 ............................................................................28

4.2 POLYTEC 扫描式激光测振仪测振分析 ...............................................................30

4.2.1 激光多普勒测振基本原理 ............................................................................31

4.2.2 动测试分析系统构建 ....................................................................................32

4.2.3 电动机振动测试 ......................................................................................... 33

4.3 电机噪声测量实验 ...............................................................................................39

4.3.1 噪声测量频谱 ............................................................................................... 39

4.3.2 声级计 ............................................................................................................40

4.3.3 测量数据 ....................................................................................................... 40

4.4 实验数据分析 .......................................................................................................41

4.5 本章小节 ...............................................................................................................41

第五章汽车座椅电动机振动、噪声的实地测试与分析 ...........................................43

5.1 实验测试 ...............................................................................................................43

5.1.1 测试方案 ....................................................................................................... 43

5.1.2 测试标准与传感器位置 ................................................................................44

5.1.3 电动机空载正转与反转 ................................................................................44

5.1.4 电机加载正转与反转 ....................................................................................45

5.1.5 测试样品 ....................................................................................................... 46

5.2 测试结果与时频域分析 .......................................................................................46

5.2.1 29#电动机 ......................................................................................................46

5.2.2 39#电动机 ......................................................................................................52

5.2.3 8#电动机 ........................................................................................................59

5.3 电动机噪声测试结果初步分析意见及建议 .......................................................63

5.3.1 测试结果初步分析 ........................................................................................63

5.3.2 降低电动机噪声的建议 ............................................................................... 64

5.4 本章小结 ...............................................................................................................65

第六章结论与展望 .......................................................................................................66

6.1 全文总结 ...............................................................................................................66

6.2 对后续工作的展望 ...............................................................................................66

参考文献 .........................................................................................................................67

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................69

致谢 .............................................................................................................................70

第一章绪论

1.1 课题的研究背景和意义

振动是指物体经过它的平衡位置所作的往复运动或系统的物理量在其平均值

（或平衡值）附近的来回变动[1]。振动是自然界最普遍的现象之一。

噪声是由不同频率和不同强度声波混合组成的。噪声的危害是多方面的，其

中最直接，最明显的表现在于对人的影响[2]。长时间暴露在强噪声环境中会使听

力受到损害。噪声也会使人莫名烦躁，甚至引起失眠。

电动机，只要转子一开始转动，就不可避免地要产生振动。振动一般会引起

不同程度的噪声。引起电动机振动和噪声的原因有机械方面的，也有电气方面的。

同时还有空气动力噪声。电动机产生振动后，会造成一定的危害，使电动机工作

性能降低或根本无法工作。电动机的振动还会使某些零部件因受附加载荷而加速

磨损、疲劳、破裂等而影响寿命或造成设备事故。而噪声要是超标的话，同样会

对电动机的性能产生影响。当电动机出现不正常的振动或噪声量过大时，必须采

取措施予以排除，以保证电动机的安全运行。

图1-1 DV3-2 型汽车座椅直流电动机

随着人民物质生活的不断提高，人们已不满足于汽车传统的代步功能，而趋

于对乘坐的舒适性提出更高的要求。带有电动调节功能，甚至能够根据不同的乘

员要求，记忆使用者喜好位置的座椅逐渐应用到当前的汽车座椅设计中[3]。小型

直流电机就是实现座椅电动调节功能的主要部件，因而被引入汽车座椅设计中。

但是当前的电动座椅设计中，电动机及其传动构件在运转过程中，很可能产生振

动及噪音，这些将大大影响座椅的舒适性，引起乘客的抱怨。

某公司生产的某型汽车座椅电动机，如图 1-1 所示，通过几年的开发，在预

引起直流电动机振动噪声的原因及其减振降噪措施

生产中发现有一批产品噪声超过标准。为此，他们实验人员做了大量实验和工作，

想解决此问题。同时他们也请加拿大总部技术人员用先进的设备做了大量实验和

分析，也未能有效解决问题。因此，公司委托本课题组对其生产的某型汽车座椅

电动机进行了噪声与振动实验测试，以期能解决此问题。

1.2 该领域目前的国内外先进水平

电动机的振动和噪声研究十分复杂，它涉及了电磁、能量转换、机械振动、

物理声学等许多学科[4]。一般来说，电动机由于结构复杂，其振动和噪声研究比

较困难。因为噪声涉及的大致是电动机的整体作用，而振动还涉及到电动机各个

部件，不同部件振动形成不同噪声源，不同噪声源的叠加以及声功率的确定可以

帮助准确计算和测量噪声。按照电动机噪声测定的国家标准，电动机噪声的测量

一般都在空载状态下进行，而电动机在实际运行中总是要带负载的，因此在负载

状态下测量的噪声可以更准确地反映电动机的噪声水平。在电动机噪声测量中，

发现某些电动机负载时的噪声要比空载时明显增大，因此国外许多电机公司已将

电动机的负载噪声作为电动机的一项性能指标。

国内外研究电动机振动与噪声的论著很多，对其产生原因、形成机理从许多

方面进行了阐述，提出了多种电动机振动诊断方法，在准确、快速确定振动原因

和发生部位，及时处理电动机振动故障方面作了很多有益的探索，其中以振动分

析和诊断的研究最为显著[5]。

1.3 课题所要研究的内容及实施方案

本文针对某公司新开发的某型汽车座椅电机噪声超标问题，分别通过模态试

验、空载稳态运行试验、空载变速运行试验和负载试验，研究了电动机在各种不

同状态下的振动和噪声的时域、频域特性，分析了引起直流电动机的机械噪声特

征，确定了电动机的主要可疑噪声源。

本论文主要工作有：

1. 分析了引起直流电动机机械噪声、电磁噪声以及空气动力噪声的多种可能

因素及其特征，讨论了相应的减振降噪措施。

2. 通过模态试验，采用锤击激励实验模态技术分析了电动机的各阶模态。

3. 通过电动机分别在 5V，10V，15V，20V，24V 电压下正、反转稳态运行

试验、0-24V 无级变速正反转运行试验，采用多普勒激光干涉振动测试技术和噪

声分析技术研究了电动机的振动和噪声的时域、频域特性，多普勒激光干涉振动

第一章绪论

分线性扫描（梁模型）和平面扫描（板模型）两种情况进行。

4. 噪声测量：电动机在 24V 电压下正反转稳态运行中，由加速度传感器拾取

声音信号通过模态分析软件 CRAS 分析处理得到噪声频谱和通过声级计测量得到

噪声值。

5. 通过空载试验和负载试验，采用动态响应技术结合噪声检测技术，实测了

电动机在空载和在额定负载下正向、反向运行的振动和噪声。

6. 根据电动机的各阶固有频率与相应的振型、不同运行状态下的振动谱与噪

声谱，进行了对比与关联分析，确定了电动机的主要噪声源来自转子换向器与电

刷的接触激励。由此建议将转子换向器与电刷的接触作为该型汽车座椅电动机降

噪的重点攻关对象。

7. 提出了五个改进方案，对该型汽车座椅直流电动机改进设计和工艺参数、

提高性能指标具有一定的参考价值。

本文共分为六部分，具体内容如下：

第一章绪论。课题简介，分析目前直流电动机在生产和生活应用方面，本文

主要研究直流电动机用作汽车座椅电动机时存在的突出振动及噪声问题，提出本

论文的研究重点。

第二章直流电动机及振动与噪声的概念。简单介绍有关振动和噪声的基本知

识。

第三章引起电动机振动噪声的原因及其减振降噪措施。具体分析引起直流电

动机振动及噪声的种类因素，提出对应的解决方案。

第四章实验分析。结合某限公司生产的某型汽车座椅直流电动机，进行振动

模态实验、噪声模态实验、噪声声级计测量，以及基于 Polytec 激光测振仪的直流

电动机振动测试分析。

第五章汽车座椅电动机振动、噪声的实地测试与分析。通过一批某公司生产

和使用的某型汽车座椅直流电动机为例进行电动机模态实验和分析，找出振动和

噪声源，同时给出相应改善建议。

第六章总结与展望。对本文完成的工作进行总结，找出工作中的优点与不足，

并对电动机减振降噪技术的发展进行展望。

1.4 本章小结

直流电动机在国民经济中的广泛应用，电动机振动和噪声问题日益突出，它

给工业生产带来了严重危害，同时由于生活水平的提高，人民对汽车座椅电动机

的性能要求也越来越高。而小型直流电动机就是实现汽车座椅各种电动调节功能

引起直流电动机振动噪声的原因及其减振降噪措施

最主要的部件，因而被应用于汽车座椅设计中。但是当前的电动座椅设计中，电

动机及其传动构件在运转过程中，很可能产生振动及噪音，这些将大大影响座椅

的舒适性，因此，对于直流电动机振动和噪声进行分析和研究显得十分必要和迫

切[6]。

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