LMS Test.Lab在空調(diào)壓縮機(jī)降噪中的運(yùn)用

2013-06-06  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

運(yùn)用Test.Lab軟件的ODS分析和模態(tài)試驗(yàn)分析,本文將公司產(chǎn)品A與產(chǎn)品B進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上,提出改變殼體結(jié)構(gòu),以降低高頻段噪音。裝機(jī)試驗(yàn)表明,該方法取得了較為顯著的效果,同時(shí)也證明了Test.Lab軟件的分析手段的有效性和快速性,也為公司產(chǎn)品的進(jìn)一步降噪打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

靳海水 何繼訪 來源:LMS
關(guān)鍵字:LMS Test.Lab 空調(diào)壓縮機(jī)

1 引言

和參考樣機(jī)B相比, 本公司產(chǎn)品A的噪音在630Hz~4000Hz頻段幅值較高(參見圖1.1),從OA值看,X 方向高2.2dB,Y方向高3dB 。因此計(jì)劃降低這一頻段的噪音,同時(shí)使OA值降低2-3dB,以其達(dá)到與競爭對手相當(dāng)?shù)乃?。由圖1.1可知,2000Hz以上頻段,A樣機(jī)的平均噪音都遠(yuǎn)大于B樣機(jī),根據(jù)以往的測試數(shù)據(jù)推測是殼體引起的。因此,本文首先比較分析A樣機(jī)和B樣機(jī)殼體ODS和模態(tài)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果,提出了解決方法降低2500Hz以上頻段噪音較高的問題,最后裝機(jī)驗(yàn)證。

圖1.1 A樣機(jī)和B樣機(jī)噪音值對比

    2 使用的硬件可軟件介紹

    2.1 統(tǒng)組成

    LMS Test Lab 振動(dòng)測試系統(tǒng)的組成為:LMS SCADAS 305 多通道數(shù)采前端,以及用作測試分析的Test Lab軟件部分。

    2.2 硬件

    LMS SCADAS 305 多通道數(shù)采前端的主機(jī)箱為24 輸入機(jī)箱,包括SCSI 接口,功率要求約為260W,風(fēng)機(jī)噪聲很低,很適合于振動(dòng)與噪聲測量分析;輸入通道數(shù)為24通道電壓/ICP 測量,能很方便的擴(kuò)展通道數(shù);并且能夠產(chǎn)生2 通道的用于模態(tài)試驗(yàn)的激振器信號源,以及有兩路轉(zhuǎn)速測試通道。

    2.3 軟件

LMS Test.Lab測試分析軟件主要包括幾何建模、常規(guī)信號采集與分析、錘擊法模態(tài)測試、工作變形分析以及PolyMAX方法模態(tài)分析等模塊組成,這些模塊均建立在軟件平臺(tái)之上,模態(tài)分析軟件由前端驅(qū)動(dòng)程序通過SCSI接口將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。本論文主要運(yùn)用模態(tài)測試以及工作變形分析(ODS)等相關(guān)模塊。

    模態(tài)分析前進(jìn)行幾何建模,模態(tài)測試主要有兩個(gè)模塊即常規(guī)信號分析模塊與錘擊法模態(tài)測試模塊來進(jìn)行。模態(tài)分析有三種方法:模態(tài)分析、PolyMAX方法以及工作模態(tài)分析,其中PolyMAX方法是內(nèi)嵌在模態(tài)分析中的。

    進(jìn)行ODS分析時(shí),首先由常規(guī)信號分析進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后再利用工作變形分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

    3 ODS測試和模態(tài)測試

ODS是英語Operational Deflection Shape的縮寫,即機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振型,它綜合反映的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)情況。通過測量殼體的ODS可大體推測主要噪聲源部位。

    3.1 A樣機(jī)與B樣機(jī)殼體ODS試驗(yàn)對比

從圖3.1中可以看出,A樣機(jī)殼體在1600Hz以下加速度幅值非常小,但是2000Hz以上加速度幅值急劇增加,且形成以2500Hz和4000Hz的兩個(gè)峰值;但B樣機(jī)在3150Hz以下加速度幅值都很小,只有到4000Hz以上幅值才較大。

(a) 樣機(jī)A的ODS幅值

(b) 樣機(jī)B的ODS幅值
圖3.1樣機(jī)A和B的ODS幅值比較

3.2 A樣機(jī)與B樣機(jī)殼體模態(tài)測試和對比

為了進(jìn)一步確定聲源位置,對兩個(gè)樣機(jī)的殼體模態(tài)進(jìn)行了測試。測試用錘擊法,即取固定點(diǎn)為參考點(diǎn),測量加速度。用力錘巡回測量沖擊力,得到N條傳遞函數(shù)曲線。限于篇幅,這里省略了模態(tài)振型,主要分析固有頻率和傳遞函數(shù)。為了反映殼體綜合的聲輻射能力,將所得的N條曲線累加,得到圖3.2所示的樣機(jī)A和B的傳遞函數(shù)幅值。從圖中可以看出,樣機(jī)A峰值1670Hz、3100Hz和5000Hz左右,主要是3100Hz。樣機(jī)B的峰值在1500Hz和4600Hz左右,主要是4600Hz。

樣機(jī)B和樣機(jī)A比較,除了固有頻率高外,更重要的是在3500Hz以下剛度明顯大于樣機(jī)A。這就決定了樣機(jī)A的聲輻射能力高于B。因此要通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)提高A的剛度,降低其聲輻射能力,從而降低A的噪聲水平。

圖3.2 樣機(jī)A和B的傳遞函數(shù)和幅值比較

    4 改進(jìn)后結(jié)果測試和分析

根據(jù)上述分析,我們設(shè)計(jì)了三種新的方案,分別為殼厚分別為3.2mm、3.5mm、4.0mm的Case1、Case2和Case3,三者的結(jié)構(gòu)剛度都比樣機(jī)B大,分別通過模態(tài)測試和噪音測試,驗(yàn)證更改殼體的效果。限于篇幅,這里省略了模態(tài)振型,主要分析固有頻率和傳遞函數(shù),

    4.1 改進(jìn)后傳遞函數(shù)測試和模態(tài)測試

圖4.1 樣機(jī)A新方案和B的傳遞函數(shù)幅值和之比較

    (1)B樣機(jī)殼體前兩階固有頻率分別為4864Hz和5962Hz;A樣機(jī)量產(chǎn)品前三階固有頻率為3249Hz、5004Hz和5105Hz;更換新殼體后,Case1、Case2和Case3的第一階固有頻率分別為5692Hz、6029Hz和6028Hz,由此可見,更換新殼體,大大提高了其噪音振動(dòng)性能。

    (2)從五個(gè)殼體的前幾階固有頻率比較來看,A樣機(jī)量產(chǎn)品的固有頻率最低,case B的樣機(jī)試制品固有頻率最高。而case A的樣機(jī)試制品甚至還比case C的B樣機(jī)固有頻率高出800Hz。這是由于試制品的球面曲率小于B樣機(jī)的原因。

(3)從頻響函數(shù)的幅值來看,A樣機(jī)量產(chǎn)品的最高,Case C殼厚的A樣機(jī)試制品最低。

    (4)從阻尼比來看,A樣機(jī)試制品與量產(chǎn)品差別較大,由于阻尼比與整機(jī)的噪音性能有很大影響,造成兩者之間差別大的原因需要進(jìn)一步分析。

    4.2 改進(jìn)后噪音測試

在測試了殼厚分別為3.2mm、3.5mm、4.0mm的 Case1、Case2和Case3試制品的殼體模態(tài),并和B樣機(jī)和A樣機(jī)量產(chǎn)品進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上,本次試驗(yàn)測試了3臺(tái)Case3的4.0mm殼厚的噪音頻譜,并和B樣機(jī)和A樣機(jī)量產(chǎn)品進(jìn)行比較。1/3倍頻程頻譜圖見圖4.2。

圖4.2 樣機(jī)A新方案Case3和樣機(jī)B的噪音比較

    (1)A樣機(jī)殼體變更為4.0mm殼體后,其OA值X向平均下降了0.9dB,Y向平均下降了4.4dB。

    (2)A樣機(jī)殼體變更為4.0mm殼體后,800Hz頻段以下、以及2500Hz頻段以上,X向和Y向噪音都較小;但在1000-2000Hz頻段,X向噪音依舊較大,在1600-2000Hz頻段,Y向噪音依舊較大。

    (3)與A樣機(jī)批量品相比,變更為4.0mm殼體后,2500Hz以上頻段的X向和Y向的噪音都下降很多,這與模態(tài)測試的結(jié)論較為一致。

    (4)與B樣機(jī)相比,A樣機(jī)變更為4.0mm殼體后,X向OA值比樣機(jī)B高1.2dB,Y向比樣機(jī)小0.7dB。Y向的噪音已經(jīng)達(dá)到較高的水平,接下來的主要考慮降低X向的噪音,而這主要是1250Hz和1600Hz的噪音較高引起的。因此下一步工作應(yīng)主要考慮這兩個(gè)頻段的降噪。

    (5)由于本次只試驗(yàn)了3臺(tái)4mm厚的試制品,因此還需要進(jìn)一步驗(yàn)證更改殼體的降噪效果以及優(yōu)化殼體的厚度與形狀。

    5 結(jié)論

運(yùn)用通過測試壓縮機(jī)殼體的ODS和模態(tài),確定殼體剛度低是造成噪音高的主要因素,通過改進(jìn),增加殼體剛度,使噪音又明顯下降,達(dá)到了預(yù)期目的。

使用Test.Lab進(jìn)行常規(guī)態(tài)測試和模態(tài)測試,具有系統(tǒng)集成度高、測量速度快的特點(diǎn),能夠大大提高效率。

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