基于2019 R3 Workbench进行电机多速振动噪声分析

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●问题提出

通过ANSYS Workbench进行电机不同转速下振动噪声分析，并且得到电机声功率级、声压级、“噪声瀑布图”等结果，其中电机振动分析所需要的载荷由ANSYS Maxwell计算得到，利用Workbench平台电磁-谐响应耦合功能，直接把Maxwell计算的电机电磁力结果直接映射到谐响应模块里，再由谐响应模块计算得到电机振动速度、加速度等结果，之后把谐响应模块结果传递到声模块作为声场计算的声源，最终可得到电机的噪声结果。具体分析模型如下图1所示：

 

 

图1

●电机电磁方案设计

■Maxwell需要注意的地方如下图2所示：

 

图2

■Maxwell计算的电机方案部分结果如下：

 

图3径向气隙磁场Br

 

图4径向电磁力Fr

 

图5磁力线分布图

 

图6电磁力分布图

●Maxwell与Harmonic Response连接

▇实现电磁Maxwell-谐响应Harmonic Response数据连接，通过RMB直接连接，如下图7所示：

 

图7

 

▇最后计算完成的项目流程图，如下图8所示：

 

图8

●电机振动计算

关键的地方是电磁力的映射，注意模型坐标一致性

▇进行电机谐响应分析，添加所需材料，如图9所示

 

图9材料导入

▇电机模型建立，可通过WB自带的建模模块DM或者SCDM进行模型建立，也可以用自己熟悉的建模工具建立再导入Geometry

 

图10模型导入

▇进入谐响应模块下Mechanical界面，进行电机振动计算的前处理、求解以及结果查看分析，如图11所示

 

图11谐响应界面

1）材料分配，如图12所示，通过Assignment下进行材料选择

 

图12材料分配

2）Maxwell电磁力映射设置，需要选择定子铁芯内径面（与在Maxwell里计算时选择电磁力计算方式有关），如图13所示

 

图13齿面选择

完成后内径面选择，然后点击Generate Remote Loads，软件会自动把Maxwell里计算的不同转速下的电磁力映射过来，如图14与15所示

 

图14电磁力导入

 

图15导入完成界面

在Imported Remote Loads下Remote Points里选择Globally Available，项目栏会多出来Remote Points，如图16和图17所示

 

图16

 

图17

图18就是Maxwell映射过来的电磁力，已转化成频域电磁力

 

图18频域电磁力

3）Analysis Settings分析项设置，软件会在导入电磁力同时把分析项里Step Controls也自动设置好，基本默认就可以，如图19所示；需要设置是求解方法选择，这里选择完全法

 

图19求解设置界面

4）设置约束条件，这里把电机端盖两端面设为固定，如图20所示

 

图20约束添加界面

5）点击Solve开始求解，如图21所示

 

图21求解

6）结果查看，如图22-25是不同的振动结果

图22形变结果

图23速度及相位响应曲线

 

图24多速等效径向功率级瀑布图

 

图25多速等效径向功率瀑布图

 

●电机噪声计算

关键的地方是谐振速度的映射，注意振动噪声模型坐标一致性

▇一般声音传输介质是空气，软件默认导入空气了，这里不需要处理材料，按默认。

导入模型，如图26所示

 

图26导入模型

▇进入声模块下Mechanical界面，进行电机噪声计算的前处理、求解以及结果查看分析

 

图27声模块界面

 

1）材料分配，如图28所示

 

图28分配介质材料

2）声音辐射边界添加，如图29所示

 

图29

3）导入谐振速度，如图30-33所示

●先点击Create Velocities Sync Analysis Settings导入不同电机速度下谐振速度，如图30所示；图31就是导入的情况

●选择谐振速度面，如图33所示

●点击Imported Load导入谐响应计算的速度响应，如图32所示

 

 

图30

 

 

图31

 

 

图32

 

图33

4）求解设置，基本默认设置，把Save MAPDL db设为Yes，如图34所示

图34求解设置界面

5）结果查看，如图35-39所示

 

图35声压级图

 

图36声功率级图

 

图37远场声功率级曲线

 

图38远场声功率级瀑布图

 

图39远场SPL Mic瀑布图

●小结

进行电机变速振动噪声分析关键注意以下几个方面：

●Maxwell电磁计算设置，分别是转速变量计算，谐响应映射选择，优化计算选择

●Harmonic Response谐振响应计算设置，最主要是多转速的电磁力导入

●Harmonic Acoustics谐振声音计算设置，关键是谐振响应速度的导入

文章来源：电磁时空