车用交流发电机模态实验及一致性分析

摘 要：本文采用锤击法对车用交流发电机整机进行模态实验，得到模态参数，分析其模态特性，并对其一致性进行分析，为工程实践中的减振降噪提供参考和依据。

关键词：模态实验 模态参数 一致性

1.引言

模态是机械结构的固有振动特性，每一阶模态都有与其对应的模态参数，各阶模态参数的叠加就是结构固有振动特性的全貌。模态参数（包括固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等）表明在哪些频率下结构会产生共振以及产生共振时结构的相对变形，这为改善结构的动态特性提供依据[1]。为了改善交流发电机的电磁噪声，需要分析发电机的模态特性，为减振降噪提供依据，本文将对定子内包式发电机进行模态实验得到其模态参数，分析其模态特性，发现一致性问题。

2. 实验方案及设备

本文采用锤击法进行模态实验。在模态实验中，力锤给被测部件一个激振力，力锤上的力传感器测量输入到被测部件上去的激振力，加速度传感器测量相应点处被激起的振动运动，这些信号输入到采集前端并通过计算机的分析软件加以分析处理，分析软件将这些信号离散化并用于估计频响函数，如图1所示。每个被测部件按此方案进行，测试时将加速度传感器固定在被测部件的某一点上（即拾振点），用力锤逐点敲击各个被测部件的激励点（包括拾振点），实验所需要的设备如表1所示。

本文对发电机整机进行实验模态分析，为了研究其模态的一致性，随机抽取5个发电机，分别编号A1，A2，A3，A4，A5。

3.发电机整机模态试验及结果分析

3.1实验模型

整机是一个复杂的装配体，为了获得其振型，在前、后端盖、定子圆周处分别布置12个激励点共36个点，以获得比较立体的振型，如图2所示，其模态分析模型如图3所示。

3.2实验结果分析

各阶模态振型如图4所示，模态频率如表2所示。

由表2可知，整机一阶椭圆模态频率平均为1555.4Hz，二阶椭圆模态频率平均1752.7Hz，三阶三角形模态频率平均为2529.5Hz，四阶三角形模态频率平均为2726.6Hz，应着重关注这个几个频率的电磁振动和噪声。

一阶最大频率与最小频率相差96.7Hz，二阶最大频率与最小频率相差61.3Hz，三阶大频率与最小频率相差146.6Hz，四阶最大频率与最小频率相差329.9Hz，频率变化大，整机模态一致性相对较差。由于这是随机抽取的5个发电机，所以能代表工程实践中的一个普遍现象。

发电机整机是由零部件装配而成，其模态由定子铁芯、前端盖、后端盖等零部件共同决定，故其一致性差是由各零部件共同引起的。进一步，由图5可知，椭圆模态频率波动较小，一致性较好，而三角模态频率波动较大，一致性较差。故在实际中，应着重提高三角模态的一致性。

4结论

本文对发电机整机进行模态实验，获得了发电机的模态参数，得到如下结论：

1.发电机整机一阶椭圆模态频率平均为1555.4Hz，二阶椭圆模态频率平均1752.7Hz，三阶三角形模态频率平均为2529.5Hz，四阶三角形模态频率平均为2726.6Hz，应着重关注这个几个频率的电磁振动和噪声。

2.整机模态一致性相对较差，其一致性差是由各零部件共同引起的。椭圆模态频率波动较小，一致性较好，而三角模态频率波动较大，一致性较差，应着重提高三角模态的一致性。

参考文献：

[1] 李德葆，陆秋海. 实验模态分析及应用.北京：科学出版社.2001

[2] 李承德. 锤击振动试验的模态分析方法（上）.汽车技术.1985， （4）：18-34

[3] 劉星.车用交流发电机模态特性研究.西南交通大学硕士论文.2014

作者简介：

张艺华（1987.2—）女，四川渠县人，助教，主要从事汽车制造与装配技术研究。