ansys振動和噪聲的案例
Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度
正確調諧NVH模型后，我們可以在Motor-CAD軟件中運行NVH分析，以便更好地了解整個工作范圍內的噪聲特征。最終，這將有助于避免產品重新設計和發布延遲，并且從長遠來看可以有效節省時間和資金。
電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
先從電機的噪聲說起，電機噪聲根據其產生機理的不同，大致可分為三類：電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲
1
電磁噪聲
電磁噪聲來源于電磁振動，電磁振動由電機氣隙磁場作用于電機鐵心產生的電磁力所激發，而電機氣隙磁場又決定于定轉子繞組磁動勢和氣隙磁導。氣隙磁場產生的電磁力是一個旋轉力波，有徑向和切向兩個分量。徑向分量使定子和轉子發生徑向變形和周期性振動，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉矩相對應的作用力矩，它使齒對其根部彎曲，并產生局部振動變形，是電磁噪聲的一個次要來源。還有很多設計和故障原因，也會造成電磁噪聲的增加，例如：鐵心飽和的影響；電網中的諧波分量；異步電動機斷條；裝配氣隙不均勻等等。電磁噪聲的大小與電機氣隙內的諧波磁場及由此產生的力波的幅值、頻率和磁極數有關，也同定子的固有頻率、阻尼系數等密切相關。
2
機械噪聲
電機運轉部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結構共振形成機械噪聲，主要是軸承和換向引起的。電機軸承在繁重的工作狀態下運轉時，滾珠和外圈滾道相接處會發生彈性變形。滾道變形隨接觸處的變化呈周期性變化，產生振動和噪聲。軸承裝機后，內外圈的配合及軸承游隙對電機噪聲也有一定的影響。
展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見術語。引起這些振動的力可以來自許多來源。對于電機來說，這些力可能是驅動轉子軸的磁力，也可能是更大的驅動系統的一部分，比如軸承和/或齒輪。
圖1 汽車NVH示意圖
噪聲是電機的一個熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會帶來工程挑戰，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機噪聲提供工程指導。
1. 問題分析
本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進行該電機三維定子的諧響應分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical 中進行頻域的諧響應分析；諧響應分析的結果，作為激勵耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵。
幾何模型
圖2 模型示意圖
材料參數
，仿真過程中使用的材料為默認的結構鋼
2. 電磁力計算
圖3 1/8電機模型
分析模型為 Prius 電機的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。
打開【Workbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統。
展開 電機設計 | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度（內含演示視頻）
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短、維護成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設計早期階段解決NVH挑戰至關重要，以避免設計階段后期出現重大NVH問題。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。
Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。將電磁和機械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實現快速NVH分析，從而促進電機設計的迭代優化。這種方法使用戶能夠調整關鍵設計參數（例如繞組配置、轉子和定子幾何結構以及結構材料），并快速評估其對NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實現最佳平衡。
為了進行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機械模型，將定子幾何結構簡化為簡單的環形結構。然而，其在剛度計算方面有局限性。例如，當齒底較寬時，就會發生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結構會影響定子軛剛度。
圖2比較了未調諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機在Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件中的結果。
展開 
整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 關于振動和噪聲有什么聯系和區別
振動是運動形式，噪聲是聲音形式。振動不一定就是噪聲，樂聲也是振動產生的。
聯系：振動是噪聲產生的原因汽摩模具
關于振動和噪聲有什么聯系和區別
振動是運動形式，噪聲是聲音形式。振動不一定就是噪聲，樂聲也是振動產生的。
聯系：振動是噪聲產生的原因汽摩模具
異步電機的電磁振動和噪聲
2
異步電機的振動和噪聲
異步電機之所以得到廣泛應用，主要由于它有如下優點：結構簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當好的工作特性。
異步電機主要的缺點是：目前尚不能經濟地在較大范圍內平滑調速以及它必須從電網吸收滯后的無功功率。電機中，主磁通大致沿著徑向進入氣隙，并在定子和轉子中產生徑向力，從而引起電磁振動和噪聲。同時產生切向力矩和軸向力，引起切向振動和軸向振動。為了計算電機的電磁噪聲，并分析和控制這些噪聲，就應該知道這些噪聲和振動的來源，也就是產生振動和噪聲的力波。
展開 NVH振動和噪聲
NVH設計中承受的壓力是巨大的：法規中噪聲和振動限值的規定日益嚴苛；市場競爭要求企業必須在降低成本的條件下實現其核心品牌價值；而消費者則希望產品更好、更完善。但與此同時，開發具有期望的NVH水平的部件、子系統和整車，卻代表了汽車開發過程中最復雜的方面之一。整車NVH性能——即司機切身體驗到的舒適性和聲品質——是汽車中諸多子系統和部件之間，通過多種復雜的物理機理相互影響的結果。
LMS工程服務部將先進的能力、專業的流程與實踐經驗和創新性的技術獨一無二地結合在一起，支持車輛開發團隊優化其設計的NVH性能。LMS可以全權負責從概念設計階段到整車階段的車輛NVH的開發，集中解決新開發的車型或現有車型中存在的各種NVH問題。LMS也可以幫助NVH工程團隊優化他們的設計流程和工程實踐。LMS已有過提供NVH問題成功解決方案的記錄，這些解決方案既考慮了成本效益，又考慮了橡膠模具制造上的限制，并且已證實不會與其他重要屬性如平順性和操穩性、耐久性或抗碰撞性能等發生矛盾沖突。
具有競爭力的對標分析和目標設定
部件、子系統和整車對標分析測試。
在競爭車型中實現噪聲源排序的快速分析，包括客觀和主觀的噪聲評估，以及主要傳遞途徑的辨識。
設定具有競爭力的、現實的整車NVH目標。
概念開發
以參考車型滿意度分析為基礎的設計指導。
在生成細節的CAD模型和FE模型之前，先建立概念設計的仿真模型，利用這些模型實施快速的NVH評估并提供切實的設計指導。
車輛的NVH工程細節
采用快速虛擬建模和NVH評估技術，對所提出的設計方案進行NVH性能評估。
研討設計方案以優化NVH性能，并提出符合耐久性、碰撞性能、平順性和操穩性要求的其它可供選擇的設計方案。
新車型和現有車型動力總成的匹配，包括對懸置系統布置、引擎懸置和副車架的優化。
變速和傳動系統的開發，包括結構優化和噪聲輻射的優化。
展開 噪聲和振動的主動控制
噪聲和振動的主動控制
是PDG文檔，約1000頁。
噪聲和振動的主動控制.part01.rar
噪聲和振動的主動控制.part02.rar
噪聲和振動的主動控制.part03.rar
噪聲和振動的主動控制.part04.rar
噪聲和振動的主動控制.part05.rar
噪聲和振動的主動控制.part06.rar
噪聲和振動的主動控制.part07.rar
噪聲和振動的主動控制.part08.rar
銑床振動和噪聲測試
為了保證機床的機械運轉狀態達到規定振動指標，應對機床進行振動和噪聲測定。通過頻譜分析儀采用“逆譜法”對振動信號進行分析、提取和判斷，找出故障位置和產生的原因，給出解決辦法，并根據機床運轉狀況制定維護措施。以Ｘ６２Ｗ銑床為對象進行實例分析，結果表明理論分析與實測結果相吻合
刀具震動和噪聲測試.pdf
在 COMSOL 中模擬變速箱的振動和噪聲
在各類應用領域中，變速箱往往是振動和噪聲的主要來源。減少變速箱噪聲輻射的最有效方法之一是基于振動聲學分析來改進設計。讓我們看一看如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件制造出更加“安靜”的齒輪傳動系統。
變速箱的噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）分析
變速箱總成一般由齒輪、軸、軸承和殼體組成。運行中的變速箱會向周圍輻射噪聲，主要原因有兩個：
不同的軸在傳遞動力的同時，還向軸承和殼體傳遞了多余的橫向和軸向力
變速箱的齒輪嚙合并非嚴絲合縫，軸承和殼體等部件之間也存在空隙
在所有部件中，齒輪嚙合是最主要的振動或噪聲源。下圖解釋了被周圍環境視作噪聲輻射的結構振動的常規發生途徑：
齒輪嘯叫和碰撞噪聲
齒輪嚙合產生的噪聲可以分為兩類：齒輪嘯叫和齒輪碰撞噪聲。
齒輪嘯叫是變速箱中最常見的噪聲類型之一，當齒輪在負載狀態下運行時，嘯叫噪聲尤其容易產生。齒輪嚙合過程中的傳動誤差和變化的嚙合剛度會引起齒輪振動，進而產生嘯叫噪聲。這類噪聲與嚙合頻率一致，當測量距離為 1 m 時，嘯叫噪聲的聲壓級（sound pressure level，簡稱 SPL）通常在 50 到 90 dB 之間。
大多數碰撞噪聲發生在變速箱空載運行的過程中。典型的例子是怠速行駛的公交車和卡車等柴油機車。齒輪碰撞噪聲是由變速箱的空載齒輪副撞擊引起的噪聲。為了上潤滑劑而留出的齒隙是直接影響齒輪撞擊噪聲的齒輪參數之一，需要時，簡單調整齒隙就能減少齒輪的撞擊噪聲。
傳動誤差
我們知道了傳動誤差是產生齒輪嘯叫噪聲的主要原因，但傳動誤差究竟是什么呢？如果兩個剛性齒輪擁有完美的漸開線齒廓，那么輸出軸的齒輪旋轉是輸入軸旋轉和齒輪比的函數。
展開 洗衣機振動和噪聲分析與模擬
這里，紅色和藍色分別代表了軌跡的最初時間和最終時間。
為確認機器旋轉期間在洗衣機外殼中產生的振動，我們可以執行一個瞬態分析，下圖描述了右側壁上的一個點在多個方向上發生的外殼變形。
接下來，我們可以分析右側壁中部一個點上的外殼法向加速度，以測量側壁發出的噪聲。這些結果在下方上側的繪圖中進行了展示。同時，下側的繪圖描述了該加速度的頻譜。
我們可以注意到側壁振動的頻率主要在0-30Hz的范圍內，峰值在1.67Hz附近，這可以看作激發頻率。這與我們根據滾筒的慣性質量比和設定旋轉速度下的載荷推斷出的頻率相符，但有意思的是，也出現了高于激發頻率的側壁振動頻率值，這將發射額外的噪聲。
出于這種考慮，可以將洗衣機設計為僅在較低的、人耳捕捉不到的頻率發出噪聲。對材料的選擇和設計也必須保證洗衣機的結構足夠穩固，可以限制所有頻率下的振幅，以防止零件失效。
展開 異步電機的電磁振動和噪聲簡述
氣體振動：是由電機通風部件中的空氣流動或由空氣動力引起的振動。
電磁振動是許多大中型電機的主要振動源。由于電機的電磁振動是電機電磁場和電機結構相互作用的結果，那么利用磁-固耦合振動理論來研究電機的電磁振動是尋找電機電磁振動產生機理以及解決電機電磁振動最有效的方法。由于電磁力是電機電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機電磁振動的計算精度， 所以目前在電機電磁振動的研究中大多采用數值分析法來計算電機的電磁力。
ANSYS電機電磁-熱-結構振動-噪聲耦合分析應用
在電機結構振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學分析：包括模態分析，諧響應分析，轉子振動分析，轉子、定子、機座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉速分析，瞬態響應特性。
噪聲分析：由電機振動引起的振動噪聲、電機風扇引起的氣動噪聲等。
多物理場耦合分析：電機電磁、熱、流體、結構相互作用。
將有限元分析軟件應用到電機結構設計中，使對于電機機械的計算結果更準確，直觀。對于復雜的電機結構，及多變的載荷形式，計算結果比傳統計算手段準確得多。
異步電機的力波分析小結
異步電機振動第一部分振動頻率主要的是2f1（二倍電源頻率）的振動，主要由氣隙磁場的基波產生；第二部分振動頻率是定子和轉子齒諧波相互作用的力波，他們是電磁振動噪聲的主要分量。
展開 