旋轉(zhuǎn)機(jī)械隨處可見(jiàn),小到日常生活所用的電動(dòng)剃須刀、電動(dòng)牙刷,大到巨型的汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、大型風(fēng)機(jī)、泵等。這類(lèi)旋轉(zhuǎn)設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,還可能出現(xiàn)動(dòng)不平衡、疲勞等問(wèn)題,而分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械的NVH問(wèn)題正是解決上述問(wèn)題的重要手段。本書(shū)是《從這里學(xué)NVH——噪聲、振動(dòng)、模態(tài)分析的入門(mén)與進(jìn)階》一書(shū)的姊妹篇,主要介紹了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的NVH分析方法與應(yīng)用對(duì)象、按照“源路徑接收者”模型(也稱(chēng)“輸入振動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)”)處理NVH問(wèn)題的傳遞路徑分析(TPA)方法,包括單參考TPA、多參考TPA、OPA和OPAX等內(nèi)容。在處理各類(lèi)NVH問(wèn)題時(shí),應(yīng)當(dāng)按照“源路徑接收者”模型加以考慮。對(duì)于常規(guī)的振動(dòng)噪聲測(cè)試,是評(píng)價(jià)該模型中的接收者;對(duì)于模態(tài)測(cè)試或者頻響測(cè)試,是評(píng)價(jià)模型中的路徑;對(duì)于TPA分析,則是綜合考慮該模型中的源、路徑和接收者三個(gè)部分。測(cè)試與評(píng)價(jià)的目的是為了減振降噪,也應(yīng)從上述模型中的三個(gè)方面來(lái)考慮。首先,應(yīng)減少激勵(lì)源的振動(dòng)與噪聲;其次,是切斷源與接收者之間的噪聲和振動(dòng)的傳遞路徑;最后,是對(duì)接收者進(jìn)行保護(hù)。在處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械的NVH問(wèn)題時(shí),也同樣按照這樣的思路,從這個(gè)角度來(lái)講,將旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH與TPA分析放在一起,是適合的。讀者對(duì)象本書(shū)主要面向從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和TPA分析的試驗(yàn)與仿真人員。書(shū)中內(nèi)容既可以幫助試驗(yàn)人員掌握試驗(yàn)方法,找到試驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的解決方案,深入理解試驗(yàn)背后的原理,也可以幫助仿真人員在了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析理論的同時(shí),深入了解試驗(yàn)原理與方法。 對(duì)于初級(jí)人員:通過(guò)本書(shū)可以了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析的基本概念與方法。 對(duì)于中級(jí)人員:通過(guò)本書(shū)可以加深對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析的理解與認(rèn)識(shí)。 對(duì)于高級(jí)人員:通過(guò)本書(shū)可有助于進(jìn)一步完善自己的NVH知識(shí)體系。本書(shū)可以作為機(jī)械制造、汽車(chē)、航空航天、土木工程、石油化工、海洋工程、船舶和家電等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和科研工作者開(kāi)展NVH工作的參考書(shū),也可以作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析的教材。主要特色 本書(shū)使用通俗易懂的語(yǔ)言介紹旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析實(shí)踐所需的基礎(chǔ)知識(shí),極少使用繁瑣的數(shù)學(xué)公式,便于理解與應(yīng)用。 實(shí)用性強(qiáng)。本書(shū)是作者長(zhǎng)期從事NVH工作的經(jīng)驗(yàn)與總結(jié),書(shū)中內(nèi)容從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),側(cè)重實(shí)際工程問(wèn)題與常用基本操作,即便是NVH初學(xué)者,也可輕松掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH和TPA分析的基本概念與方法,快速提升NVH工程實(shí)踐能力。 書(shū)中既有理論介紹又有典型應(yīng)用,便于讀者加深理解相關(guān)內(nèi)容。 對(duì)涉及的知識(shí)點(diǎn)加以擴(kuò)展介紹,豐富了NVH的知識(shí)體系。主要內(nèi)容全書(shū)共分14章,主要包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和傳遞路徑分析兩大部分。第1章:階次的理論基礎(chǔ),主要介紹階次的基本概念與物理意義,以及產(chǎn)生諧階次的可能原因。第2章:瀑布圖分析,主要介紹瀑布圖分析過(guò)程、瀑布圖的拖尾效應(yīng)、階次切片與階次寬度和切片寬度、階次的相位、提取與疊加等內(nèi)容。第3章:階次跟蹤,介紹了等角度采樣、階次跟蹤過(guò)程以及與固定采樣的區(qū)別與聯(lián)系。第4章:扭振分析,介紹了扭振產(chǎn)生的原因、測(cè)量理論、時(shí)域與振動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法。第5章:包絡(luò)分析與倒譜分析,介紹了希爾伯特包絡(luò)分析與倒譜分析。第6章:旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析一般流程,介紹了旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析的一般流程。第7章:軸承,介紹了軸承的各種失效形式、滾動(dòng)軸承振動(dòng)產(chǎn)生的可能原因及故障振動(dòng)處理方法等內(nèi)容。第8章:齒輪,介紹了齒輪NVH問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理、頻譜特征、特征階次、行星齒輪的特征頻率、傳遞誤差以及齒輪的邊頻帶與調(diào)制效應(yīng)。第9章:電機(jī),介紹了電機(jī)定子模態(tài)的空間特征、PWM,以及出現(xiàn)傘狀階次的原因等。第10章:傳遞路徑分析介紹,內(nèi)容包括傳遞路徑分析的目的、兩類(lèi)TPA模型、主要的名詞術(shù)語(yǔ)和“源路徑接收者”模型等。第11章:經(jīng)典TPA,主要介紹了各種載荷的識(shí)別方法(包括直接法、懸置動(dòng)剛度法、逆矩陣法等),SVD在TPA中的應(yīng)用和多參考TPA。第12章:OPA,主要介紹了OPA分析的注意事項(xiàng),以及在Testlab中的OPA流程。第13章:OPAX方法,主要介紹了該方法的基本思路、載荷估計(jì)模型以及其創(chuàng)新。第14章:TPA分析的一般原則、建議、技巧與考慮事項(xiàng),主要介紹了通用TPA測(cè)量與分析過(guò)程的考慮事項(xiàng)、原則、建議與技巧,并針對(duì)不同方法,介紹了相關(guān)內(nèi)容。由于作者水平有限,書(shū)中難免有不足之處,真誠(chéng)歡迎廣大讀者批評(píng)指正,提出寶貴意見(jiàn)。作者的郵箱為linmue@qqcom。
致謝撰寫(xiě)本書(shū),我首先要感謝我的工作單位西門(mén)子數(shù)字化工業(yè)軟件及公司總部,正是有了他們?yōu)槲姨峁┑囊恍┧夭呐c思路,我才能更迅速、快捷地完成本書(shū)。在本書(shū)的創(chuàng)作過(guò)程中,得到了廣大同行的支持、鼓勵(lì)與肯定,還有一些同行提出了不少問(wèn)題,使我獲得了一些創(chuàng)作靈感。如同行孫罕就給出了一些關(guān)于階次的補(bǔ)充建議,在此,對(duì)他們表示衷心的感謝!在本書(shū)的出版過(guò)程中,得到了不少同事的幫助,在此表示感謝。特別要感謝的是法務(wù)部門(mén)的Wang Isabel女士,市場(chǎng)部中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人郭濤先生以及孟南女士,test售前技術(shù)經(jīng)理孫衛(wèi)青先生和客戶支持中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人Pluym Luc先生以及整個(gè)test售前售后技術(shù)團(tuán)隊(duì)。我利用業(yè)余時(shí)間來(lái)寫(xiě)作,占用了大量本該與家人好好相聚的時(shí)光。特別是我妻子金艷梅女士,作為兩個(gè)孩子的母親,她為家庭付出巨大,如果沒(méi)有他們的大力支持,我很難完成這部著作,對(duì)此我向他們表示深深的感謝。
◆ 序言:◆
2018年1月2日筆者在公眾號(hào)上發(fā)布了“模態(tài)空間2020愿景”,其中有一項(xiàng)是規(guī)劃在2020年出版一本關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析的書(shū)。這個(gè)愿景發(fā)布之后,很多同行都希望這本圖書(shū)能早點(diǎn)上市,因?yàn)樗麄兊囊恍┕ぷ鲀?nèi)容與旋轉(zhuǎn)機(jī)械相關(guān),包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的NVH問(wèn)題。當(dāng)然,筆者也希望這本圖書(shū)能早點(diǎn)出版。其實(shí),早在2017年年底,在將第一本書(shū)稿《從這里學(xué)NVH——噪聲、振動(dòng)、模態(tài)分析的入門(mén)與進(jìn)階》交付出版社之后,筆者就已經(jīng)開(kāi)始著手創(chuàng)作整理旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析方面的內(nèi)容了。在本書(shū)編寫(xiě)的過(guò)程中,筆者得到了廣大同行的支持、鼓勵(lì)與肯定,還有一些同行提出了不少很有價(jià)值的問(wèn)題,正是他們的提問(wèn)使筆者獲得了一些創(chuàng)作靈感。另一方面,當(dāng)相關(guān)內(nèi)容在模態(tài)空間公眾號(hào)發(fā)布之后,有同行指出了文章中存在的一些錯(cuò)誤,或提出了不少有意義的建議,使本書(shū)的內(nèi)容更為準(zhǔn)確。正是這些同行的默默支持與鼓勵(lì),才使得筆者能夠一直滿懷激情地堅(jiān)持寫(xiě)作。筆者幾乎利用了所有可用的時(shí)間來(lái)創(chuàng)作本書(shū),到2019年年中,創(chuàng)作了約13萬(wàn)字,但在筆者看來(lái)內(nèi)容還是不夠充分,還不能涵蓋旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析的主要知識(shí)點(diǎn),如電機(jī)為什么會(huì)出現(xiàn)負(fù)階次、為什么同一階次的電磁力波對(duì)應(yīng)不同的頻率、如何計(jì)算電磁力波的激勵(lì)頻率等內(nèi)容。在接下來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),本書(shū)毫無(wú)進(jìn)展。直到2019年年底,筆者轉(zhuǎn)變了思路,考慮將傳遞路徑分析(TPA)與旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析的內(nèi)容整合在一起,以使本書(shū)的內(nèi)容更為豐富。在做出這個(gè)整合決定之后,筆者就將本書(shū)的書(shū)名定為《從這里學(xué)NVH——旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析與TPA分析》,并立即開(kāi)始創(chuàng)作TPA分析方面的相關(guān)內(nèi)容。終于,在2020年3月中旬完成了全書(shū)的初稿。對(duì)于初學(xué)者,為了能夠完全理解旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和TPA分析的相關(guān)內(nèi)容,建議先學(xué)習(xí)《從這里學(xué)NVH——噪聲、振動(dòng)、模態(tài)分析的入門(mén)與進(jìn)階》一書(shū)的內(nèi)容,因?yàn)槠渲邪撕芏嘈D(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和TPA分析的基礎(chǔ)知識(shí)。如書(shū)中的工程噪聲基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和模態(tài)分析等內(nèi)容,都是完全掌握與理解旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和TPA分析或者其他方面NVH分析的必備知識(shí)。本書(shū)采用全彩印刷,可以更清晰地展示出圖形與線條。希望本書(shū)的出版能夠?qū)氖滦D(zhuǎn)機(jī)械NVH分析和TPA分析的相關(guān)人員有所幫助。雖然筆者已經(jīng)出版了三本NVH系列圖書(shū),但仍然很難囊括NVH領(lǐng)域的方方面面。圖書(shū)出版后,筆者將繼續(xù)在模態(tài)空間公眾號(hào)上為大家呈現(xiàn)精彩的NVH內(nèi)容,敬請(qǐng)各位讀者關(guān)注模態(tài)空間公眾號(hào)。
自序
前言
致謝
第1部分旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析
第1章階次的理論基礎(chǔ)
11什么是階次
111階次的概念
112為什么要關(guān)心階次
113怎么計(jì)算階次
114階次的顯示方式
115與“階”的區(qū)別
116階次實(shí)例
12階次所表征的物理意義
121階次的物理意義
122階次與頻率的關(guān)系
123為什么高階次不清晰
124扇葉的通過(guò)階次實(shí)例
13產(chǎn)生諧波或諧階次的可能
原因
131諧波的定義
132諧波成分非傅里葉變換導(dǎo)致
133包含諧波成分的常見(jiàn)信號(hào)的
傅里葉變換
134琴弦實(shí)例
135為什么會(huì)產(chǎn)生諧階次
第2章瀑布圖分析
21瀑布圖分析過(guò)程
211為什么要做瀑布圖分析
212處理過(guò)程
213顯示方式
214各類(lèi)切片圖
215瀑布圖中的混疊現(xiàn)象
22瀑布圖的拖尾效應(yīng)
221什么是拖尾效應(yīng)
222轉(zhuǎn)速變化速率的影響
223頻率分辨率的影響
224分析實(shí)例
23什么是階次切片
231為什么要做階次切片
232怎么進(jìn)行階次切片處理
233轉(zhuǎn)速變化速率的影響
24階次寬度和切片寬度
241階次寬度的表征參數(shù)
242如何選擇切片寬度
25階次的相位、提取與疊加
251階次的相位
252階次的提取
253階次的疊加
第3章階次跟蹤
31什么是等角度采樣
(同步采樣)
311為什么需要等角度采樣
312等角度采樣定理
313等角度采樣的采樣頻率
314基本名詞術(shù)語(yǔ)
32什么是階次跟蹤
321階次跟蹤的概念
322階次跟蹤的過(guò)程
323Z高階次
324階次分辨率
33階次跟蹤與固定采樣的區(qū)別
331采樣方式的區(qū)別
332與FFT分析的區(qū)別
333應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別
334小結(jié)
第4章扭振分析
41什么是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
411與常規(guī)振動(dòng)的區(qū)別
412表征的物理參數(shù)
413扭振的表現(xiàn)形式
414扭振的危害
42產(chǎn)生扭振的原因
421“源路徑接收者”模型
422旋轉(zhuǎn)部件自身特點(diǎn)
423往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)
424扭振其他源
43扭振測(cè)量理論
431瞬時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式
432數(shù)字轉(zhuǎn)速與模擬轉(zhuǎn)速
433采樣要求
434每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的影響
44什么是吉布斯現(xiàn)象
441背景
442吉布斯現(xiàn)象
443吉布斯現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與
控制
444吉布斯現(xiàn)象實(shí)例
445結(jié)論
45脈沖數(shù)與可測(cè)轉(zhuǎn)速的關(guān)系
46常見(jiàn)的扭振測(cè)量傳感器
461磁電式轉(zhuǎn)速傳感器
462光電式轉(zhuǎn)速傳感器
463增量式編碼器
464測(cè)量結(jié)果對(duì)比
47碼帶粘貼的影響
48基于Testlab的扭振測(cè)量
481三種測(cè)量模式
482通道設(shè)置
483跟蹤設(shè)置
484其他設(shè)置
49扭振數(shù)據(jù)處理方法
491預(yù)處理
492時(shí)域處理
493固定采樣處理
494階次跟蹤處理
第5章包絡(luò)分析與倒譜分析
51為什么需要包絡(luò)分析
52希爾伯特變換
521什么是相量
522解析信號(hào)
523希爾伯特變換的定義
524希爾伯特變換的計(jì)算
53包絡(luò)分析
531模擬包絡(luò)分析
532希爾伯特包絡(luò)分析
54希爾伯特包絡(luò)分析實(shí)例
541希爾伯特包絡(luò)分析流程
542分析實(shí)例
55倒譜分析
551倒譜的定義
552倒譜分析的優(yōu)點(diǎn)
553與包絡(luò)分析的區(qū)別
554Testlab中的分析步驟
第6章旋轉(zhuǎn)機(jī)械NVH分析一般
流程
61理論計(jì)算
62數(shù)據(jù)采集
63數(shù)據(jù)分析
64分析流程小結(jié)
第7章軸承
71軸承的失效形式
711常見(jiàn)的失效形式
712期望的振動(dòng)特性
72滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)
721滾動(dòng)軸承的特征頻率
722滾動(dòng)軸承的特征階次
723滾動(dòng)軸承故障頻率實(shí)例
73滾動(dòng)軸承振動(dòng)產(chǎn)生的可能
原因
731載荷引起的振動(dòng)
732偏心引起的振動(dòng)
733滾動(dòng)體直徑變化引起的振動(dòng)
734安裝不當(dāng)引起的振動(dòng)
735軸承局部缺陷引起軸承固有
頻率的振動(dòng)
736其他因素引起的振動(dòng)
74滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)處理方法
741頻率范圍選擇
742時(shí)域方法
743頻域方法
744包絡(luò)分析在軸承振動(dòng)分析中的
應(yīng)用
75什么是峭度
751直方圖和峭度
752峭度與超值峭度
753峭度作為聲音度量指標(biāo)
第8章齒輪
81淺析齒輪結(jié)構(gòu)NVH問(wèn)題的產(chǎn)生
機(jī)理
82齒輪的追逐齒設(shè)計(jì)
83齒輪結(jié)構(gòu)的頻譜特征
831嚙合頻率
832轉(zhuǎn)頻的低次諧波
833嚙合頻率的諧波及其邊頻帶
834追逐齒頻率
835鬼線頻率
836Rattle頻率
837和頻與差頻
84行星齒輪的特征頻率
85齒輪的特征階次
851定軸齒輪的傳動(dòng)比
852定軸齒輪的特征階次
853行星齒輪的傳動(dòng)比
854行星齒輪的嚙合階次
86齒輪的傳遞誤差
861傳遞誤差的定義
862傳遞誤差產(chǎn)生的可能原因
863傳遞誤差產(chǎn)生的影響
864傳遞誤差分析
87傳遞誤差分析實(shí)例
871試驗(yàn)測(cè)量
872穩(wěn)態(tài)工況分析
873加速工況分析
88齒輪的邊頻帶
89齒輪的調(diào)制效應(yīng)
891幅值調(diào)制AM
892頻率調(diào)制FM
893二者的異同
894混合調(diào)制
第9章電機(jī)
91電機(jī)定子模態(tài)的空間特征
911傳統(tǒng)模態(tài)階次表示方式
912以節(jié)點(diǎn)數(shù)或反節(jié)點(diǎn)數(shù)表示
模態(tài)階次
913電機(jī)定子模態(tài)的空間階次
914關(guān)心軸向節(jié)點(diǎn)為0的低階模態(tài)的
原因
92PWM
921PWM的概念
922PWM技術(shù)基本思路
923PWM控制過(guò)程
924AC轉(zhuǎn)換到DC
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