基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。     

多目标拓扑优化的低响度正时罩设计

为了改善正时罩的声品质性能,建立正时罩的有限元模型.提取连接螺栓处在整机多体动力学计算中的振动位移,并作为正时罩频率响应的激励施加于正时罩螺栓孔.对比正时罩测点的振动加速度级的仿真值与测试值,发现两者在趋势及幅值上较吻合,验证了频率响应的准确性.建立正时罩边界元模型,并将频率响应计算结果作为声学边界元的边界条件预测辐射噪声.采用表面振动速度测试值计算辐射噪声声功率,并验证声学预测的准确性.依据Moore响度模型编写响度计算程序,并计算出正时罩辐射噪声响度.确定响度贡献较大的几阶约束模态,通过多目标拓扑优化布置加强筋,以提高刚度使模态频率与激励峰值频率分离,最终降低正时罩辐射噪声响度.仿真结果表明:正时罩辐射噪声响度由49.8sone降到46.5sone,降幅达6.7%,人主观可以感受到噪声舒适性得到改善;辐射噪声声功率级总值由84.7dB降低到83.8dB,降低0.9dB.     

开关磁阻电机定子模态仿真分析与实验研究

开关磁阻电机定子固有频率的研究对降低电机噪声和抑制电机的振动有重要的意义,给出了SR电机振动模态分析的数学模型,在此基础上利用ANSYS软件建立了SR电机定子的三维有限元模型,并运用此模型仿真计算出SR电机定子的低阶固有振型和固有频率,最后通过定子模态试验也验证了该仿真模型的有效性。     

屏蔽电机振动特性的有限元分析

运用Ansys软件对屏蔽电机及组件进行有限元模态分析,得到电机及其组件的各阶固有频率和振形。分析时对电机及组件模型进行了简化处理,并用叠片结构模拟电机定子,使模拟实体更加接近物理模型,得到的计算结果接近于实际值。仿真得到的频率值,均高于外界工作环境激振力的频率范围,避免了屏蔽电机产生共振,保证了电机工作时的安全性。电机的模态分析为后续进行的拓扑优化及优化设计提供了参考依据。     

双振子自走型直线超声电机的研究

设计了一种双振子自走型直线超声电机,电机的定子由2个同轴的对称布置的弯曲摇头型振子和中部带细颈的柔性振动块组成.2个振子的弯曲振动会激励出中间振动块的摇头振动,使驱动头上的质点产生椭圆运动轨迹,与导轨摩擦接触产生自走直线运动.测量得到定子上振动块的局部弯曲共振频率为20 792Hz,定子的弯曲共振频率约为40 420Hz.仿真发现,以振动块的局部弯曲共振模态作为工作模态能够得到更大的振幅.实验结果表明,在该模态频率下,电机可以提供较大的驱动速度,发热很少,较长时间工作仍旧稳定可靠,故被选作工作模态.在40 420Hz附近电机能够驱动,但是振子发热严重,不易稳定工作.当两相驱动信号的频率为20.8kHz、相位差为90°、驱动信号电压的峰峰值为138V时,电机的驱动速度达到598mm/s,电机的最大驱动力达到1.94N.     

基于多场耦合的开关磁阻电机振动研究

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)在运行时会产生振动及噪声,这是因为在SRM运行过程中产生的径向力引起定子变形,从而产生振动和噪声。通过Maxwell对SRM进行电磁瞬态分析,将得到的电磁径向力耦合到ANSYS WORKBENCH平台,通过谐响应分析其受力后的振动频率,同时对电机定子进行模态分析,得出定子的固有频率,从而在设计上避免振动频率与固有频率一致产生的共振问题。     

微型超声波电机定子振动特性有限元分析

利用有限元法对齿状环形行波型微超声波电机定子的振动特性进行了计算分析.建立了定子弹性体和压电体耦合的有限元模型,利用SOLID45单元将定子编制成ANSYS有限元软件的宏文件,以便于改变定子尺寸并自动生成相应的有限元模型;探讨了不同结构参数对压电定子动态性能的影响,得到了各结构参数对压电定子模态频率的影响曲线.研究结果表明,定子弹性体与压电体之间的胶粘层对定子模态频率的影响很小,在分析过程中可以忽略;定子的振动主要以弯曲模态为主,其振动频率随压电陶瓷和定子环厚度的增加而增大,随定子齿高、齿数和内径的增加而减小.     

直流无刷电机定子总成振动特性分析

以世博电动小车驱动电机为研究对象,在有限元分析软件ANSYS中建立了电机定子总成的有限元模型,通过试验进行了模型验证.并使用ANSYS对定子进行了模态分析,获得定子的模态振型和模态频率.进一步研究了定子总成中各组件对定子振动特性的影响,详细对比分析了加入不同组件后定子模态振型和频率的变化情况.此项工作有助于电机的进一步...     

数控加工过程中缺陷振动仿真

数控加工过程中,振动严重影响加工工件的质量,而工件表面缺陷与电机缺陷均会引起剧烈且不规则的振动。利用傅里叶变换正交分解,得到精度更高的小波包算法。基于仿真软件ANSYS,分别计算得到工件与电机的六阶固有频率,并得到加工过程中的受力变形。最终获得数控加工时,工件表面缺陷以及电机动不平衡引起的x、y、z三个方向的振动函数。     

双锥面齿自支撑轴系行波超声电机设计与有限元分析

针对传统的行波超声电机定转子接触面小、输出力矩小,需要轴承定位,存在润滑问题,设计了一种新型双锥面齿驱动的自支撑轴系行波超声电机。首先设计了双锥面齿超声电机的结构,并分析其运行机理,然后利用有限元软件对电机的定子进行模态分析、谐振分析和瞬态分析,不但精确地预测了电机的激励频率,得到定子的振动模态图,而且从理论上获得其振幅和阻抗随频率的变化规律,以及定子齿端上某点随时间变化的位移曲线及其椭圆运动轨迹。最后利用自行研制的电机样机进行了实验,该样机的最大堵转力矩是0.48 N.m,是与其相近尺寸的传统单面齿超声电机的1.7倍,样机的最大空载速度是86 r/min。     

基于ABAQUS的汽车方向盘模态仿真与试验分析

针对某款汽车方向盘进行模态试验,得到第一阶固有振动频率小于厂家的要求值.根据模态试验状态使用有限元分析软件ABAQUS建立仿真模型,运用Standard隐式求解器进行求解.通过比较、分析两种结果验证仿真模型的建立是否准确,对方向盘结构做出更改和优化并进行有限元模态分析,模态满足企业要求.建模仿真过程极大提高了设计和开发的效率,降低了研发成本,提高了经济效益.     

U型单相永磁同步电机振动及噪声的有限元分析

单相永磁同步电机日益广泛的应用于常用家电中,然而强烈的振动和噪声阻碍了单相永磁同步电机的推广和使用.基于二维非线性时步有限元法,首先对U型单相永磁同步电机进行电磁场计算并获取定子电磁力,再利用Workbench软件建立该电机实体3D模型,通过对该电机振动响应的数值仿真,求取定子电磁力作用下的振动位移、速度及加速度.最后使用LMS Virtual.Lab提取声学边界条件并获取声压在空间的分布和声压频响特性.为进一步优化改进该类电机结构以减小电机振动、噪声和提高电机工作性能奠定了基础.     

车用永磁同步电机的结构振动分析

以某车用永磁同步电机为研究对象,使用HyperMesh软件建立其有限元模型并进行结构模态分析,使用Ansoft软件进行电磁径向力波仿真分析;将模态分析结果与径向力波仿真结果相比对,从磁固耦合角度对该驱动电机的振动噪声特性进行了分析.分析结果为车用电机的结构优化设计提供了依据.     

两点同侧激励在模态分析中的应用

为了准确识别一阶弯曲模态和一阶扭转模态,提出利用两点激励法计算的频响函数去判别模态的一阶弯曲频率和一阶扭转频率.以某甘蔗机的车架为例,利用3种激励方式对其进行仿真研究,由计算结果可知:相对于另2种方式计算的结果,两点同侧激励法计算的频响函数效果更好,从而提供了一种准确识别一阶弯曲和扭转模态的方法.     

重型载货汽车车架结构模态分析

有限元模态分析方法是辨识车辆结构动态性能的一种有效手段,所以为得到重型载货汽车车架结构的动态特性,本文以板壳单元为基本单元,建立了车架结构有限元模态分析模型,并采用NASTRAN有限元分析软件,计算了该车架在自由状态下的模态参数.同时,分析了载货汽车车轮和传动轴的不平衡质量产生的激励,并对车架的结构动态性能进行了评估.结果表明,在不同的行驶速度下,车轮和传动轴不平衡质量激励频率与车架的一阶扭转振动频率、倍频、一阶横向弯曲振动频率及车架11～18阶振动频率接近,使车架易产生共振现象.该研究为进一步改进车架结构提供了理论依据.     

电主轴上改善性直接转矩控制的振动实验

针对电主轴控制性能改善的迫切需求,在经典的直接转矩控制(direct torque control,DTC)中融入空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制技术,给出其改善性的控制算法.定子磁链空间位置与Park逆变换后的ud和uq作为输入,利用SVPWM控制技术转换成逆变器的三相电压量,进而有效地控制电主轴;对电主轴上的定子磁链进行近似圆形轨迹的调制,计算出实验所需的离散数据.使用DSP和IGBT模块搭建了硬件实验电路,对电主轴进行电磁振动速度及加速度实验,实验结果表明:3个方向振动速度在不同运行频率、特别是100~450 Hz的转矩脉动明显减小,各向振动加速度的振动幅值明显减小,表明DTC融入SVPWM后,系统的控制性能得到改善,不仅改善了系统的动态性能,也减小了电磁磁链和电磁转矩的脉动.     

基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

超声椭圆振动切削技术(Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。本文通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时可通过调节施加电压的幅值和相位来使刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。     

基于多向电磁力的永磁同步电机电磁噪声分析

针对电机电磁噪声分析中主要关注径向电磁力而忽略电磁力分量,造成分析精度不准确的问题,对某8极24槽车用永磁同步驱动电机进行电磁仿真分析,得到电机磁场以及电磁力分布. 在电机定子模型上分别单独加载径向电磁力和综合加载径向、切向及轴向三向电磁力,对比分析电磁噪声. 采用边界元法计算电机电磁噪声,通过试验验证仿真分析的准确性. 建立电机参数化结构模型,分析不同定子槽口宽度和磁体圆角半径对径向和切向电磁力以及电磁噪声的影响. 结果表明,切向电磁力对电磁噪声有一定程度的影响,且加载径向、切向及轴向电磁力的电机定子模型更加真实可靠;合理减小定子槽宽和磁铁圆角半径可以有效降低电机电磁噪声.     

基于振动控制的客车地板模态分析及结构优化

为了控制某轻型客车的地板后部在高速行驶工况中的剧烈振动,利用阶次跟踪方法和模态分析方法分析得出地板发生剧烈振动的原因是发动机和传动系的激励频率与地板后部局部鼓包模态的模态频率接近,进而发生了共振。采用Hyper Works软件建立了某轻型客车的车身车架有限元模型,利用Hyper Works软件的Opti Struct模块对地板各横梁板材的厚度进行模态灵敏度分析及尺寸优化,根据相关的分析结果设计了结构优化方案并进行了验证试验。试验结果表明,本文方法可以有效地控制地板的剧烈振动。     

某石化公司聚合物框架振动实测与计算

某石化公司的多区循环反应装置框架在投产后上部结构受到明显振动.为保证结构与设备的安全性和正常使用,对结构的自振特性和振动响应进行了现场实测,实测加速度极值达277 mm/s2.采用逆向工程的方法构造出结构的振动激励源,将激励施加到结构上进行时程计算,所得振动响应与实测结果基本吻合.采用在上部适当位置增设交叉斜撑的方法,可提高结构的自振频率以避开激励频率带,减小结构的振动响应.经计算,南北向加速度幅值可减少76％,东西向加速度幅值减少28％,减振效果明显.