[讲座与讨论] 微型电机振动噪音问题及NVH解决方案

happyman

手头有一些微型电机振动噪音问题的资料及工程案例，想和大家分享一下。
本想作一个讲座，但想了一下觉得还是以讲座和讨论相结合的形式比较好，因为单纯的一个讲座效果未必好且需要大量的时间和精力来整理一些资料。以讨论的形式可以有一个良好的互动效果，进行一点比较深入、实际的讨论。
欢迎大家参与，大家的参与才是我的动力！参与讨论前请大家参考下列资料：
陈永校，电机噪声的分析与控制，浙江大学出版社
李宝库，永磁直流微型电机噪声及防治，微特电机，1996

yujb025

终于现身了，热烈欢迎！先给大家来点吧，这是happyman的长处，希望大家积极参与，一定能有所收获。

lichunyang

我来支持老大一下

chuxuezhe

支持！！

happyman

谢谢大家捧场。不好意思，明天上午公司大老板亲自来检查两个噪音项目，可能今晚要通宵作准备了，希望明天不会挨骂^_^
准备从明晚开始每晚来更新一下这个帖子，在帖子的最后会根据大家的讨论内容进行系统整理。大家若有好的idea请告诉我。

yujb025

大家也可以提问题。

happyman

【序】
微型马达的振动噪音问题是一个历史悠久的问题。作为一种旋转机械，马达的振动噪声问题是一直存在的并且还将一直存在下去。目前在国际上比较大的几家微型马达制造公司，无一例外都对马达的振动噪声问题非常重视，并且投入了较大的人力和物力，这些公司都有很先进的声振测试设备与分析软件，从根本上讲这都是由于残酷的市场竞争引起的，目前振动噪声指标已经成为客户选择马达的一个重要指标，对于较大的马达制造公司因为噪声的问题丢掉数百万美元的订单已经不是一件奇怪的事情了。

微型马达振动噪声的研究也同样有悠久的历史，中外文的研究论文数目繁多，同时也已经出版多部学术著作。但这些研究结论有两方面的局限性：一是这些研究一本没有系统性，大部分仅就某一部件造成的振动噪声问题进行分析研究；另一方面，这些研究成果中的大部分离实际应用尚有一定距离，理论上很完美的结论往往在生产实际中很难应用。

happyman

【制造现场噪音问题解决现状】

首先明确一点，目前在马达制造过程中，在设计阶段一般不会考虑噪声振动的问题（在很大成度上工程师的素质所决定，实际上在设计阶段采取措施才是最有效的），等样板制作出来发现有噪声振动问题才会考虑如何对付这个问题。

目前在制造现场对于噪声问题有两种解决思路：
1。 现场工程师根据经验判断振动噪声的可能来源，更换不同的部件作大量的对比试验最后确定问题的根源从而解决问题。这种思路具有一定的盲目性，费时、费力、成本高，对工程师的经验依赖性较大，并且往往到最后发现问题无法解决，但这种思路在马达制造企业广泛存在与运用。如果问题最终没有解决，那么转到思路2。
2。 马达出现振动噪声问题，那么现场工程师会求助于公司的NVH工程师。NVH工程师针对有问题的马达进行必要的振动、噪声测试与分析（大多数情况下频谱分析还是很有用的^_^），根据测试分析的结果结合马达的结构特点分析振动噪声的可能来源，提供解决方案。现场工程师根据这个方案进行马达的改善。这个思路在NVH工程师的指导帮助下，可以较快的、省力的解决问题。

当然也有可能存在用上述两个思路均无法解决的振动噪声问题。此时往往是因为马达的结构设计上存在先天的严重缺陷，此时在无法更改设计结构的情况下只能放弃这一块市场，这在实际中并不鲜见。

happyman

【noise and vibration trouble shooting之推荐工具】

俗话说的好，没有金刚钻不揽瓷器活^_^

振动噪声问题的分析也必须具备一些基本的工具，否则单凭两只手两只耳朵对付振动与噪声可能会有一点点难度的，不知有没有人有这样的造诣，反正我的修行离这个还差好远好远。

个人认为，解决微型马达的振动噪声问题，必备一下工具方能无往而不胜（具备下列工具中的一半就不错了^_^）

1  振动噪声测试与分析系统：B&K Pulse系统，or LMS系统， and or PAK系统；
2  模态试验系统：LMS or B&K；
3  有限元结构分析软件：marc or nastran and or ansys；
4  声学仿真软件：sysnoise or actran；

其它几个小工具也不可不备（或许有些上面的系统已经包括，重复恕不说明）

1  sound quality分析系统（随着人们对sound quality要求的越来越高，这套系统已经成为必备工具）
2  order tracking分析工具（要记住马达是转的就会明白order tracking的重要性）

有了以上利器，再加上我们聪明的大脑，相信我们可以无往而不胜了！8D

happyman

今天的网络实在糟糕，刚才写的东西一按确定竟然全丢了
今晚来看也没有几个人感兴趣来参加讨论，继续写下去的劲头小了一点点

言归正传，今晚给大家提供一个实际问题供参考。这是一个解决中的问题^_^

CASE1

马达参数：直流永磁马达，电枢槽数8，换向器槽数8，滑动轴承，电压13V，转速7000rpm左右。

顺时针转向的噪声频谱如下

happyman

不知如何在一个帖子里放多张图，只有分开贴了^_^

顺时针转向的振动频谱为

happyman

逆时针转向的噪声频谱为

happyman

逆时针方向的振动频谱为

happyman

感兴趣的朋友不妨分析一下这个问题，让我们一起来探讨^_^

yujb025

振动问题是每个工程技术人员都应该明白的问题。我到是对你这个挺有兴趣的，平时经常做模态分析用来解决振动问题，有些问题请指点：你的振动频谱中的横坐标的每个峰值是不是对应了电机的一阶模态？纵坐标应该是加速度指标吧？噪声频谱中实际产生的大小应该与各阶模态及激励频率之间存在某种关联，不知你的电机的基频及能够激发的频率范围是多少？

从你的图上可以看出接近1K是一个比较危险的地方，能不能说说解决的方法。

yujb025

没注意看，基频为110HZ左右。

lichunyang

这些是用什么系统测出来的？pulse?

happyman

yujb025 wrote:
振动问题是每个工程技术人员都应该明白的问题。我到是对你这个挺有兴趣的，平时经常做模态分析用来解决振动问题，有些问题请指点：你的振动频谱中的横坐标的每个峰值是不是对应了电机的一阶模态？纵坐标应该是加速度指标吧？噪声频谱中实际产生的大小应该与各阶模态及激励频率之间存在某种关联，不知你的电机的基频及能够激发的频率范围是多少？

从你的图上可以看出接近1K是一个比较危险的地方，能不能说说解决的方法。

振动频谱中的每个峰值并不对应电机的一阶模态，基本上是基频的倍数，这是电机的结构特点决定的。纵坐标是加速度值。1K附近振动的峰值应该是由电机的电枢槽数和换向器瓣数共同作用产生的，因为基频为110Hz左右，乘以电枢槽数8即可得到slot frequency 在1K附近，这个峰值可以采用电枢斜槽和控制换向器的bar-to-bar值来控制。噪声问题比振动问题稍微复杂一些，因为马达本身存在电磁噪声和机械噪声。

happyman

lichunyang wrote:
这些是用什么系统测出来的？pulse?

这些信号都是用大名鼎鼎的B&K Pulse系统测试得到的，我们目前用的是pulse7.0。所有的accelerometer and microphone are all come from B&K.

lichunyang

happyman wrote:
这些信号都是用大名鼎鼎的B&K Pulse系统测试得到的，我们目前用的是pulse7.0。所有的accelerometer and microphone are all come from B&K.

我说这么眼熟