搜索LMS Test.Lab在空调压缩机降噪中的运用
2013-06-06 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
运用Test.Lab软件的ODS分析和模态试验分析,本文将公司产品A与产品B进行了比较。在此基础上,提出改变壳体结构,以降低高频段噪音。装机试验表明,该方法取得了较为显著的效果,同时也证明了Test.Lab软件的分析手段的有效性和快速性,也为公司产品的进一步降噪打下了坚实的基础。
靳海水 何继访 来源:LMS
关键字:LMS Test.Lab 空调压缩机
1 引言
和参考样机B相比, 本公司产品A的噪音在630Hz~4000Hz频段幅值较高(参见图1.1),从OA值看,X 方向高2.2dB,Y方向高3dB 。因此计划降低这一频段的噪音,同时使OA值降低2-3dB,以其达到与竞争对手相当的水平。由图1.1可知,2000Hz以上频段,A样机的平均噪音都远大于B样机,根据以往的测试数据推测是壳体引起的。因此,本文首先比较分析A样机和B样机壳体ODS和模态试验的试验结果,提出了解决方法降低2500Hz以上频段噪音较高的问题,最后装机验证。
图1.1 A样机和B样机噪音值对比
2 使用的硬件可软件介绍
2.1 统组成
LMS Test Lab 振动测试系统的组成为:LMS SCADAS 305 多通道数采前端,以及用作测试分析的Test Lab软件部分。
2.2 硬件
LMS SCADAS 305 多通道数采前端的主机箱为24 输入机箱,包括SCSI 接口,功率要求约为260W,风机噪声很低,很适合于振动与噪声测量分析;输入通道数为24通道电压/ICP 测量,能很方便的扩展通道数;并且能够产生2 通道的用于模态试验的激振器信号源,以及有两路转速测试通道。
2.3 软件
LMS Test.Lab测试分析软件主要包括几何建模、常规信号采集与分析、锤击法模态测试、工作变形分析以及PolyMAX方法模态分析等模块组成,这些模块均建立在软件平台之上,模态分析软件由前端驱动程序通过SCSI接口将动态数据采集并存储在计算机中。本论文主要运用模态测试以及工作变形分析(ODS)等相关模块。
模态分析前进行几何建模,模态测试主要有两个模块即常规信号分析模块与锤击法模态测试模块来进行。模态分析有三种方法:模态分析、PolyMAX方法以及工作模态分析,其中PolyMAX方法是内嵌在模态分析中的。
进行ODS分析时,首先由常规信号分析进行数据采集,然后再利用工作变形分析模块进行数据分析与处理。
3 ODS测试和模态测试
ODS是英语Operational Deflection Shape的缩写,即机器运转时的振型,它综合反映的机器运转时的振动情况。通过测量壳体的ODS可大体推测主要噪声源部位。
3.1 A样机与B样机壳体ODS试验对比
从图3.1中可以看出,A样机壳体在1600Hz以下加速度幅值非常小,但是2000Hz以上加速度幅值急剧增加,且形成以2500Hz和4000Hz的两个峰值;但B样机在3150Hz以下加速度幅值都很小,只有到4000Hz以上幅值才较大。
(a) 样机A的ODS幅值
(b) 样机B的ODS幅值
图3.1样机A和B的ODS幅值比较
3.2 A样机与B样机壳体模态测试和对比
为了进一步确定声源位置,对两个样机的壳体模态进行了测试。测试用锤击法,即取固定点为参考点,测量加速度。用力锤巡回测量冲击力,得到N条传递函数曲线。限于篇幅,这里省略了模态振型,主要分析固有频率和传递函数。为了反映壳体综合的声辐射能力,将所得的N条曲线累加,得到图3.2所示的样机A和B的传递函数幅值。从图中可以看出,样机A峰值1670Hz、3100Hz和5000Hz左右,主要是3100Hz。样机B的峰值在1500Hz和4600Hz左右,主要是4600Hz。
样机B和样机A比较,除了固有频率高外,更重要的是在3500Hz以下刚度明显大于样机A。这就决定了样机A的声辐射能力高于B。因此要通过结构改进提高A的刚度,降低其声辐射能力,从而降低A的噪声水平。
图3.2 样机A和B的传递函数和幅值比较
4 改进后结果测试和分析
根据上述分析,我们设计了三种新的方案,分别为壳厚分别为3.2mm、3.5mm、4.0mm的Case1、Case2和Case3,三者的结构刚度都比样机B大,分别通过模态测试和噪音测试,验证更改壳体的效果。限于篇幅,这里省略了模态振型,主要分析固有频率和传递函数,
4.1 改进后传递函数测试和模态测试
图4.1 样机A新方案和B的传递函数幅值和之比较
(1)B样机壳体前两阶固有频率分别为4864Hz和5962Hz;A样机量产品前三阶固有频率为3249Hz、5004Hz和5105Hz;更换新壳体后,Case1、Case2和Case3的第一阶固有频率分别为5692Hz、6029Hz和6028Hz,由此可见,更换新壳体,大大提高了其噪音振动性能。
(2)从五个壳体的前几阶固有频率比较来看,A样机量产品的固有频率最低,case B的样机试制品固有频率最高。而case A的样机试制品甚至还比case C的B样机固有频率高出800Hz。这是由于试制品的球面曲率小于B样机的原因。
(3)从频响函数的幅值来看,A样机量产品的最高,Case C壳厚的A样机试制品最低。
(4)从阻尼比来看,A样机试制品与量产品差别较大,由于阻尼比与整机的噪音性能有很大影响,造成两者之间差别大的原因需要进一步分析。
4.2 改进后噪音测试
在测试了壳厚分别为3.2mm、3.5mm、4.0mm的 Case1、Case2和Case3试制品的壳体模态,并和B样机和A样机量产品进行了比较。在此基础上,本次试验测试了3台Case3的4.0mm壳厚的噪音频谱,并和B样机和A样机量产品进行比较。1/3倍频程频谱图见图4.2。
图4.2 样机A新方案Case3和样机B的噪音比较
(1)A样机壳体变更为4.0mm壳体后,其OA值X向平均下降了0.9dB,Y向平均下降了4.4dB。
(2)A样机壳体变更为4.0mm壳体后,800Hz频段以下、以及2500Hz频段以上,X向和Y向噪音都较小;但在1000-2000Hz频段,X向噪音依旧较大,在1600-2000Hz频段,Y向噪音依旧较大。
(3)与A样机批量品相比,变更为4.0mm壳体后,2500Hz以上频段的X向和Y向的噪音都下降很多,这与模态测试的结论较为一致。
(4)与B样机相比,A样机变更为4.0mm壳体后,X向OA值比样机B高1.2dB,Y向比样机小0.7dB。Y向的噪音已经达到较高的水平,接下来的主要考虑降低X向的噪音,而这主要是1250Hz和1600Hz的噪音较高引起的。因此下一步工作应主要考虑这两个频段的降噪。
(5)由于本次只试验了3台4mm厚的试制品,因此还需要进一步验证更改壳体的降噪效果以及优化壳体的厚度与形状。
5 结论
运用通过测试压缩机壳体的ODS和模态,确定壳体刚度低是造成噪音高的主要因素,通过改进,增加壳体刚度,使噪音又明显下降,达到了预期目的。
使用Test.Lab进行常规态测试和模态测试,具有系统集成度高、测量速度快的特点,能够大大提高效率。
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