本書采用通俗易懂的語言介紹了旋轉機械NVH和TPA分析實踐所需的基礎知識。書中內(nèi)容從基本概念出發(fā),側重實際工程問題與相關理論,詳述了NVH分析方法與應用對象、按照“源路徑接收者”模型處理NVH問題的TPA分析方法等內(nèi)容。本書可以幫助從事旋轉機械NVH和TPA分析的試驗人員掌握試驗方法,找到試驗過程中相關問題的解決方案,深入理解試驗背后的原理;也可以幫助仿真人員在了解旋轉機械NVH和TPA分析理論的同時,深入了解試驗原理與方法。本書可以作為機械制造、汽車、航空航天、土木工程、石油化工、海洋工程、船舶、家電等領域的工程技術人員和科研工作者開展NVH工作的參考書,也可以作為高等院校相關專業(yè)學生學習旋轉機械NVH和TPA分
旋轉機械隨處可見,小到日常生活所用的電動剃須刀、電動牙刷,大到巨型的汽輪機、內(nèi)燃機、大型電機、大型風機、泵等。這類旋轉設備工作時會產(chǎn)生振動和噪聲,還可能出現(xiàn)動不平衡、疲勞等問題,而分析旋轉機械的NVH問題正是解決上述問題的重要手段。本書是《從這里學NVH——噪聲、振動、模態(tài)分析的入門與進階》一書的姊妹篇,主要介紹了旋轉機械的NVH分析方法與應用對象、按照“源路徑接收者”模型(也稱“輸入振動系統(tǒng)響應”)處理NVH問題的傳遞路徑分析(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NVH問題時,應當按照“源路徑接收者”模型加以考慮。對于常規(guī)的振動噪聲測試,是評價該模型中的接收者;對于模態(tài)測試或者頻響測試,是評價模型中的路徑;對于TPA分析,則是綜合考慮該模型中的源、路徑和接收者三個部分。測試與評價的目的是為了減振降噪,也應從上述模型中的三個方面來考慮。首先,應減少激勵源的振動與噪聲;其次,是切斷源與接收者之間的噪聲和振動的傳遞路徑;最后,是對接收者進行保護。在處理旋轉機械的NVH問題時,也同樣按照這樣的思路,從這個角度來講,將旋轉機械NVH與TPA分析放在一起,是適合的。讀者對象本書主要面向從事旋轉機械NVH分析和TPA分析的試驗與仿真人員。書中內(nèi)容既可以幫助試驗人員掌握試驗方法,找到試驗過程中相關問題的解決方案,深入理解試驗背后的原理,也可以幫助仿真人員在了解旋轉機械NVH和TPA分析理論的同時,深入了解試驗原理與方法。 對于初級人員:通過本書可以了解旋轉機械NVH和TPA分析的基本概念與方法。 對于中級人員:通過本書可以加深對旋轉機械NVH和TPA分析的理解與認識。 對于高級人員:通過本書可有助于進一步完善自己的NVH知識體系。本書可以作為機械制造、汽車、航空航天、土木工程、石油化工、海洋工程、船舶和家電等領域的工程技術人員和科研工作者開展NVH工作的參考書,也可以作為高等院校相關專業(yè)學生學習旋轉機械NVH和TPA分析的教材。主要特色 本書使用通俗易懂的語言介紹旋轉機械NVH和TPA分析實踐所需的基礎知識,極少使用繁瑣的數(shù)學公式,便于理解與應用。 實用性強。本書是作者長期從事NVH工作的經(jīng)驗與總結,書中內(nèi)容從實際應用出發(fā),側重實際工程問題與常用基本操作,即便是NVH初學者,也可輕松掌握旋轉機械NVH和TPA分析的基本概念與方法,快速提升NVH工程實踐能力。 書中既有理論介紹又有典型應用,便于讀者加深理解相關內(nèi)容。 對涉及的知識點加以擴展介紹,豐富了NVH的知識體系。主要內(nèi)容全書共分14章,主要包括旋轉機械NVH分析和傳遞路徑分析兩大部分。第1章:階次的理論基礎,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程、瀑布圖的拖尾效應、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、測量理論、時域與振動數(shù)據(jù)處理方法。第5章:包絡分析與倒譜分析,介紹了希爾伯特包絡分析與倒譜分析。第6章:旋轉機械NVH分析一般流程,介紹了旋轉機械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、滾動軸承振動產(chǎn)生的可能原因及故障振動處理方法等內(nèi)容。第8章:齒輪,介紹了齒輪NVH問題產(chǎn)生的機理、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。第9章:電機,介紹了電機定子模態(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TPA模型、主要的名詞術語和“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別方法(包括直接法、懸置動剛度法、逆矩陣法等),SVD在TPA中的應用和多參考TPA。第12章:OPA,主要介紹了OPA分析的注意事項,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,主要介紹了通用TPA測量與分析過程的考慮事項、原則、建議與技巧,并針對不同方法,介紹了相關內(nèi)容。由于作者水平有限,書中難免有不足之處,真誠歡迎廣大讀者批評指正,提出寶貴意見。作者的郵箱為linmue@qqcom。
致謝撰寫本書,我首先要感謝我的工作單位西門子數(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。在本書的創(chuàng)作過程中,得到了廣大同行的支持、鼓勵與肯定,還有一些同行提出了不少問題,使我獲得了一些創(chuàng)作靈感。如同行孫罕就給出了一些關于階次的補充建議,在此,對他們表示衷心的感謝!在本書的出版過程中,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部門的Wang Isabel女士,市場部中國區(qū)負責人郭濤先生以及孟南女士,test售前技術經(jīng)理孫衛(wèi)青先生和客戶支持中國區(qū)負責人Pluym Luc先生以及整個test售前售后技術團隊。我利用業(yè)余時間來寫作,占用了大量本該與家人好好相聚的時光。特別是我妻子金艷梅女士,作為兩個孩子的母親,她為家庭付出巨大,如果沒有他們的大力支持,我很難完成這部著作,對此我向他們表示深深的感謝。
◆ 序言:◆
2018年1月2日筆者在公眾號上發(fā)布了“模態(tài)空間2020愿景”,其中有一項是規(guī)劃在2020年出版一本關于旋轉機械NVH分析的書。這個愿景發(fā)布之后,很多同行都希望這本圖書能早點上市,因為他們的一些工作內(nèi)容與旋轉機械相關,包括發(fā)動機、變速器、電機等旋轉機械的NVH問題。當然,筆者也希望這本圖書能早點出版。其實,早在2017年年底,在將第一本書稿《從這里學NVH——噪聲、振動、模態(tài)分析的入門與進階》交付出版社之后,筆者就已經(jīng)開始著手創(chuàng)作整理旋轉機械NVH分析方面的內(nèi)容了。在本書編寫的過程中,筆者得到了廣大同行的支持、鼓勵與肯定,還有一些同行提出了不少很有價值的問題,正是他們的提問使筆者獲得了一些創(chuàng)作靈感。另一方面,當相關內(nèi)容在模態(tài)空間公眾號發(fā)布之后,有同行指出了文章中存在的一些錯誤,或提出了不少有意義的建議,使本書的內(nèi)容更為準確。正是這些同行的默默支持與鼓勵,才使得筆者能夠一直滿懷激情地堅持寫作。筆者幾乎利用了所有可用的時間來創(chuàng)作本書,到2019年年中,創(chuàng)作了約13萬字,但在筆者看來內(nèi)容還是不夠充分,還不能涵蓋旋轉機械NVH分析的主要知識點,如電機為什么會出現(xiàn)負階次、為什么同一階次的電磁力波對應不同的頻率、如何計算電磁力波的激勵頻率等內(nèi)容。在接下來相當長的一段時間內(nèi),本書毫無進展。直到2019年年底,筆者轉變了思路,考慮將傳遞路徑分析(TPA)與旋轉機械NVH分析的內(nèi)容整合在一起,以使本書的內(nèi)容更為豐富。在做出這個整合決定之后,筆者就將本書的書名定為《從這里學NVH——旋轉機械NVH分析與TPA分析》,并立即開始創(chuàng)作TPA分析方面的相關內(nèi)容。終于,在2020年3月中旬完成了全書的初稿。對于初學者,為了能夠完全理解旋轉機械NVH分析和TPA分析的相關內(nèi)容,建議先學習《從這里學NVH——噪聲、振動、模態(tài)分析的入門與進階》一書的內(nèi)容,因為其中包括了很多旋轉機械NVH分析和TPA分析的基礎知識。如書中的工程噪聲基礎、數(shù)據(jù)采集、信號處理和模態(tài)分析等內(nèi)容,都是完全掌握與理解旋轉機械NVH分析和TPA分析或者其他方面NVH分析的必備知識。本書采用全彩印刷,可以更清晰地展示出圖形與線條。希望本書的出版能夠對從事旋轉機械NVH分析和TPA分析的相關人員有所幫助。雖然筆者已經(jīng)出版了三本NVH系列圖書,但仍然很難囊括NVH領域的方方面面。圖書出版后,筆者將繼續(xù)在模態(tài)空間公眾號上為大家呈現(xiàn)精彩的NVH內(nèi)容,敬請各位讀者關注模態(tài)空間公眾號。
自序
前言
致謝
第1部分旋轉機械NVH分析
第1章階次的理論基礎
11什么是階次
111階次的概念
112為什么要關心階次
113怎么計算階次
114階次的顯示方式
115與“階”的區(qū)別
116階次實例
12階次所表征的物理意義
121階次的物理意義
122階次與頻率的關系
123為什么高階次不清晰
124扇葉的通過階次實例
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致
133包含諧波成分的常見信號的
傅里葉變換
134琴弦實例
135為什么會產(chǎn)生諧階次
第2章瀑布圖分析
21瀑布圖分析過程
211為什么要做瀑布圖分析
212處理過程
213顯示方式
214各類切片圖
215瀑布圖中的混疊現(xiàn)象
22瀑布圖的拖尾效應
221什么是拖尾效應
222轉速變化速率的影響
223頻率分辨率的影響
224分析實例
23什么是階次切片
231為什么要做階次切片
232怎么進行階次切片處理
233轉速變化速率的影響
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基本名詞術語
32什么是階次跟蹤
321階次跟蹤的概念
322階次跟蹤的過程
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應用場合的區(qū)別
334小結
第4章扭振分析
41什么是扭轉振動
411與常規(guī)振動的區(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旋轉部件自身特點
423往復式發(fā)動機
424扭振其他源
43扭振測量理論
431瞬時轉速計算公式
432數(shù)字轉速與模擬轉速
433采樣要求
434每轉脈沖數(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)象實例
445結論
45脈沖數(shù)與可測轉速的關系
46常見的扭振測量傳感器
461磁電式轉速傳感器
462光電式轉速傳感器
463增量式編碼器
464測量結果對比
47碼帶粘貼的影響
48基于Testlab的扭振測量
481三種測量模式
482通道設置
483跟蹤設置
484其他設置
49扭振數(shù)據(jù)處理方法
491預處理
492時域處理
493固定采樣處理
494階次跟蹤處理
第5章包絡分析與倒譜分析
51為什么需要包絡分析
52希爾伯特變換
521什么是相量
522解析信號
523希爾伯特變換的定義
524希爾伯特變換的計算
53包絡分析
531模擬包絡分析
532希爾伯特包絡分析
54希爾伯特包絡分析實例
541希爾伯特包絡分析流程
542分析實例
55倒譜分析
551倒譜的定義
552倒譜分析的優(yōu)點
553與包絡分析的區(qū)別
554Testlab中的分析步驟
第6章旋轉機械NVH分析一般
流程
61理論計算
62數(shù)據(jù)采集
63數(shù)據(jù)分析
64分析流程小結
第7章軸承
71軸承的失效形式
711常見的失效形式
712期望的振動特性
72滾動軸承的運動學
721滾動軸承的特征頻率
722滾動軸承的特征階次
723滾動軸承故障頻率實例
73滾動軸承振動產(chǎn)生的可能
原因
731載荷引起的振動
732偏心引起的振動
733滾動體直徑變化引起的振動
734安裝不當引起的振動
735軸承局部缺陷引起軸承固有
頻率的振動
736其他因素引起的振動
74滾動軸承故障振動處理方法
741頻率范圍選擇
742時域方法
743頻域方法
744包絡分析在軸承振動分析中的
應用
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
第8章齒輪
81淺析齒輪結構NVH問題的產(chǎn)生
機理
82齒輪的追逐齒設計
83齒輪結構的頻譜特征
831嚙合頻率
832轉頻的低次諧波
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定軸齒輪的傳動比
852定軸齒輪的特征階次
853行星齒輪的傳動比
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傳遞誤差分析實例
871試驗測量
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
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
91電機定子模態(tài)的空間特征
911傳統(tǒng)模態(tài)階次表示方式
912以節(jié)點數(shù)或反節(jié)點數(shù)表示
模態(tài)階次
913電機定子模態(tài)的空間階次
914關心軸向節(jié)點為0的低階模態(tài)的
原因
92PWM
921PWM的概念
922PWM技術基本思路
923PWM控制過程
924AC轉換到DC
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