大中型卧式电机轴向模态的分析研究.pdf
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1、大中型卧式电机轴向模态的分析研究王栎宁(上海电气集团上海电机厂有限公司上海)摘 要:在一些大中型卧式电机轴向振动案例中发现电机在静止与运行状态下的轴向模态存在较大区别 通过东华动态信号采集仪 对三台不同型号大中型卧式电机进行轴向模态试验得出电机在静止状态与运行状态下的轴向固有频率找到电机轴向模态与运行状态之间的规律基于模态试验结果对其中一台电机的有限元模型进行模态参数修正通过 软件进行有限元模态分析并给出了两种调整电机轴向模态的方法关键词:电机轴向端盖模态固有频率有限元结构优化中图分类号:文献标志码:编码:././.(.):.:引言大中型卧式电机在做出厂试验时有时会碰到卧式电机轴向振动偏大问题
2、这也一直是比较棘手的质量问题 卧式电机轴向振动有些是由于转子激励频率与电机轴向模态发生了重合进而产生结构共振还有些是气隙不均、转子不平衡、轴承安装不到位等其他方面的原因引起的在振动原因排查时常常会遇到困难模态分析是研究结构动力特性的一种方法一般应用在工程振动领域 其中模态是指机械结构的固有振动特性每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型 分析这些模态参数的过程称为模态分析工程上有有限元分析与试验分析两种方法为了验证是否发生了轴向共振可以对电机进行模态试验得出电机轴向固有频率并与电机的轴向激振频率进行对比验证 但是该方法一般是对静止状态下的电机进行模态试验效果并不理想 而在电机设计阶段一般
3、采用有限元模态分析的方法来获得电机的轴向模态为结构设计提供参考然而因为电机模型和模态参数与实际有偏差导致模态结果不能反映电机真实的动态特性公司通过对三台大中型卧式电机进行轴向模态试验找出电机轴向模态与转速之间的关系规范电.大中型卧式电机轴向模态的分析研究设计与研究机轴向模态的试验方法为卧式电机轴向振动原因排查提供依据 通过有限元模态分析与模态试验之间的结果对比修正电机有限元模态参数得出电机运行期间的电机轴向动态特性为电机结构的前期设计提供参考 模态试验为了找到普遍性的规律对三台不同类型的卧式电机进行模态试验机型一:端盖式滚动轴承电机额定转速 /机型二:端盖式滑动轴承电机额定转速 /机型三:座式
4、滑动轴承电机额定转速 /.试验条件试验仪器:东华动态信号采集仪 分析软件:动态信号采集分析系统固定方式:电机放试验基础上用压板压住电机底脚板本试验中加速度传感器选用 三向加速度传感器每个加速度传感器都配置有一个磁力座安装时传感器可以通过磁力座吸附在电机上有时候为了避免电磁干扰需要在传感器磁力座和电机之间加一层绝缘垫片机型一、三的现场试验图如图 所示图 现场试验图.试验方法本试验激励方式采用单点激振锤击法 为得出电机轴向固有频率在电机轴承座上布置传感器进行动态信号的采集使用力锤在端盖上(机型一、二)或者轴承座上(机型三)进行轴向敲击经过三次敲击数据的平均得出该状态下的轴向频响图对三台电机进行在不
5、同转速状态下的轴向模态试验 因试验的转速点较多本文只列出了静止与额定转速下的轴向频响图如图 图 所示机型一静止与额定转速下的频响图分别如下:图 机型一 频响图 静止图 机型一 频响图 /机型二静止与额定转速下的频响图分别如下:图 机型二 频响图 静止图 机型二 频响图 /设计与研究上海大中型电机.机型三静止与额定转速下的频响图分别如下:图 机型三 频响图 静止图 机型三 频响图 /试验结果分析在实际应用中需要关注电机的激励频率周围是否有相关固有频率 本文从研究的角度出发仅关注电机轴向的第一阶固有频率实际大部分电机的轴向共振也只与第一阶固有频率相关.数据整理经过对所有电机轴向频响图中第一阶固有频
6、率的读取三种机型轴向固有频率与转速的关系曲线如图 图 所示图 机型一轴向固有频率与转速的关系曲线图 机型二轴向固有频率与转速的关系曲线图 机型三轴向固有频率与转速的关系曲线.规律小结大中型卧式电机在静止状态与运行状态下的轴向固有频率有较大的区别 电机运行中的转速低于 /时轴向固有频率会有小范围的波动如果转速超过 /轴向固有频率基本处于定值 有限元分析有限元分析是模态分析与结构优化常用的一种方法可以极大的降低电机的试验成本 本文以机型二的额定状态为例进行模态分析.三维模型分析采用的三维装配模型如图 所示将线圈等非支撑结构件进行了一定程度的简化.有限元模型网格质量对分析结果有很大影响所以在保证硬件
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