Akustischer Lärm: Zusammenhang zwischen Statorzahnkräften und Rotorschwingungsmodi

Die meisten „mysteriösen Töne” in E-Maschinen sind lediglich auf Fehler in der Buchhaltung zurückzuführen: Die Zahnkraft-Harmonische wird auf eine Weise indexiert, die Strukturmodi auf eine andere, und der Rotorweg wird ignoriert, weil es einfacher ist, dem Stator die Schuld zu geben. Wenn man alles auf dieselben Achsen setzt – Frequenz, räumliche Ordnung und den Ort, an dem die Last tatsächlich schließt –, wird der Zusammenhang in der Regel sichtbar.

Was „Statorzahnkraft“ bedeuten muss (oder Ihr Link bricht)

Wenn Ihre „Zahnkraft“ an einem Tag tatsächlich der Luftspaltdruck auf einer geeigneten Oberfläche ist und am nächsten Tag die Knotenkräfte an den Zahnspitzen, dann können Sie jeden Modus als verantwortlich erscheinen lassen. Die Kraftdefinition ist der Vertrag. Brechen Sie ihn, und Ihre modale Korrelation wird zu einer Übung im Geschichtenerzählen.

Außerdem ein langweiliges Detail, das jedoch wichtig ist: Die Kraftgenauigkeit ist netzwerksensitiv, und oft werden schlechte Kraftkarten stillschweigend in Strukturlösern verwendet. Eine pragmatische Überprüfung besteht darin, das Drehmoment der abgebildeten Kräfte mit dem Drehmoment des Lösers zu vergleichen. Wenn diese übereinstimmen, verstößt man zumindest nicht offensichtlich gegen den Erhaltungssatz.

Separate Anmerkung: Wenn Sie Methoden vergleichen (virtuelle Arbeit vs. Maxwell-Spannung auf verschiedenen Oberflächen), sind Sie nicht akademisch. Sie versuchen zu verhindern, dass aus einer 3-dB-Diskussion ein 15-dB-Fehler wird.

Behalten Sie zwei Indizes bei: Frequenz und Umfangswellenzahl.

Kraft Frequenz allein ist nur die Hälfte eines Labels. Die andere Hälfte ist das räumliche Muster um den Luftspalt herum: die Umfangswellenzahl (oft geschrieben als r). Wenn Sie nicht mit sich führen r Durch die Pipeline werden Sie einen Peak mit dem falschen Modus „abgleichen“, da viele Modi nahe dem gleichen Frequenzband liegen.

Die Zahn-FRF-Gemeinschaft äußert sich dazu ganz unverblümt: Magnetische Kräfte unterscheiden sich durch ihre Frequenz und räumliche Verteilung, wobei die räumliche Verteilung die Umfangswellenzahl ist. Sie geben sogar die Ankerpunkte an: r = 0 ist eine pulsierende Welle, r = 1 entspricht einer unausgeglichenen magnetischen Anziehungskraft (UMP).

Es gibt eine alte Regel, die sich hartnäckig hält, weil sie wahr ist: Starke Strahlung entsteht, wenn die Anregungsfrequenz nahe an einer Eigenfrequenz liegt. und Die räumliche Anordnung entspricht der Modusform. Nicht optional. Zwei Schlösser.

Wie Zahnkräfte Rotormoden anregen

Der Sprung von „Zahnkraft“ zu „Rotormodus“ ist keine mystische Kopplung. Es handelt sich um eine Lastabschaltung.

Ein großer Teil der Zahnkraft wirkt radial und liegt im Stator. Das ist die Standarderklärung und oft auch richtig: Durch elektromagnetische Kräfte im Luftspalt verursachte Statorvibrationen strahlen aus, wenn sich die Außenfläche bewegt, und Resonanzen treten auf, wenn Kraft-Harmonische nahe an den Schwingungsmoden liegen.

Einige Oberschwingungen verursachen jedoch nicht nur Zahnvibrationen. Sie erzeugen eine resultierende Kraft auf den Rotor oder ein resultierendes Moment oder modulieren die Lagerreaktionen. Das deutlichste Beispiel hierfür ist r = 1: UMP wirkt wie ein seitlicher Kraftvektor, der sich mit dem Feld-/Exzentrizitätsmuster dreht, und wird über die Lager direkt in die Biegedynamik des Rotors geleitet.

Burakovs UMP-Rahmenkonzept ist nützlich, weil es sich um eine spektrale Aussage handelt und nicht um eine Stimmung: Die Exzentrizität des Rotors erzeugt zusätzliche Feldharmonische, die um ±1 in der räumlichen Ordnung verschoben sind, und UMP entsteht durch Wechselwirkungen, die dieser ±1-Beziehung entsprechen. Das ist der Rotorweg, der sich in der Indexmathematik ankündigt.

Dann gibt es noch die tangentiale Seite. Die Leute unterschätzen sie. Eine aktuelle Studie von eAxle setzt Torsionsschwingungen/-geräusche mit dem tangentialen elektromagnetischen Kraftfeld in Zusammenhang und behandelt radiale und tangentiale Einflüsse explizit. Wenn Ihr „akustischer Geräuschpegel” mit einem Torsionsmodus zusammenhängt und Sie nur radiale Zahnkräfte übertragen haben, haben Sie die Antwort bereits gefunden.

Eine Mapping-Pipeline, die die Mathematik nicht verbirgt

Sie benötigen kein aufwendiges gekoppeltes Modell, um die Verknüpfung herzustellen. Sie benötigen disziplinierte Artefakte und eine konsistente Indizierung.

Diese Tabelle ist das A und O. Nicht jede Zeile wird jedes Mal benötigt, aber wenn ein Link umstritten ist, ist die fehlende Zeile in der Regel diejenige, die die Frage klären würde.

Modal Matching ohne den Anspruch auf Exaktheit

Behandeln Sie „Übereinstimmung“ als Filter, nicht als Beweis.

Sie suchen nach einer Kraftkomponente bei der Frequenz ( f_k ) mit der Umfangswellenzahl ( r_k ). Sie suchen nach einem Rotormodus mit einer Eigenfrequenz nahe ( f_k ) und einer kompatiblen Umfangsordnung (Knotendurchmesser/Lappen), die ( r_k ) akzeptieren kann. Manchmal lautet die Bezeichnung des Rotormodus $(n, m)$ oder $(\text{ND}, \text{axial})$. Unterschiedlicher Dialekt, gleiche Idee.

Wenn Sie die räumliche Ordnung überspringen, korrelieren Sie den 2,9-kHz-Ton mit dem Stator-Modus, der am nächsten liegt. Wenn Sie die räumliche Ordnung beibehalten, werden Sie feststellen, dass der Ton wählerisch ist, wo er abgestrahlt wird, wo er wahrgenommen wird und welche Peilung ihn zuerst erfasst.

Zwei testseitige Diagnosen, die die Beteiligung des Rotors aufdecken

Die Auftragsverfolgung kann ohne nennenswerte Modellierung viel leisten. Der Bericht der NASA über Rotorschwingungen nutzt die grundlegende elektrische Frequenzbeziehung. $f_1 = f_{\text{mot}} P / 120$ und markiert Oberschwingungen; Spitzen, die sich um eine Eigenfrequenz des Rotors herum gruppieren und dabei einer elektrischen Oberschwingungsreihenfolge folgen, sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass die EM-Anregung eine Rotorresonanz speist.

Zahn-FRF-Konzepte lassen sich auch besser skalieren, als allgemein angenommen wird. Der Ansatz des ISMA-Papiers – Charakterisierung der strukturellen Reaktion durch Anregung der Statorzähne, Umwandlung der Zahn-FRF in Wellen-FRF und anschließende Analyse der rotierenden Maxwell-Spannungswellen – macht die „räumliche Ordnung“ messbar und nicht nur simulierbar. Es wird sogar eine Erweiterung in Richtung Rotor-FRF-Denken diskutiert, wodurch die Rotormodus-Schuld nicht mehr spekulativ ist.

Ein konkretes Beispiel, bei dem der Rotormodus den akustischen Spitzenwert aufweist

Die Motordaten des „Scorpion” der NASA sind ein klarer Fall, da sie die Rotormodi benennen und die Akustik zeigen. Die maximale akustische Strahlung liegt bei etwa 3000 Hz; sie erreicht ihren Höhepunkt bei bestimmten Motordrehzahlen (6292 und 6441 U/min in diesem Bericht), der Spitzenwert entspricht der vierten elektrischen Oberschwingung bei diesen Drehzahlen, und der Ton stimmt mit dem Rotormodus ((2,1)) aus der FEA überein (mit einer experimentellen Frequenz in der Nähe). Das ist „Zahn-/EM-Kraft“ trifft auf „Rotorresonanz“ in der Öffentlichkeit, mit Zahlen.

Wenn die Inhalte Ihrer Mitbewerber bei „Statorvibrationen verursachen Geräusche“ aufhören, fehlt hier ein wichtiges Kapitel: Die Krafteinwirkung kann elektromagnetisch sein und dennoch über Rotormoden geleitet werden, mit Richtcharakteristiken und Sensor-zu-Sensor-Deltas, die eine rein auf den Stator bezogene Darstellung nicht berücksichtigen kann.

Minderungsoptionen, umrahmt durch den Link, den Sie gerade bewiesen haben

Wenn die Verbindung „Zwangsharmonische existiert“ → „Rotormodus akzeptiert sie“ → „Lagerpfad überträgt sie“ lautet, dann haben Sie drei Hebel, und wenn Sie diese blindlings miteinander kombinieren, verschwenden Sie Zeit.

Sie können den Oberwellenanteil in den Zahnkräften reduzieren. Die Wahl der Schlitze/Pole und die Auswirkungen der Zahnmodulation verändern die vorhandenen Oberwellen und deren Stärke. Eine aktuelle PMSM-Studie vergleicht explizit die Anzahl der Schlitze und zeigt, dass wichtige Oberwellenkomponenten mit den Eigenfrequenzen in den NVH-Ergebnissen übereinstimmen, was im Grunde genommen eine getarnte Resonanzkarte ist.

Sie können den Rotormodus verschieben. Steifigkeit, Massenverteilung, Endglockenbeteiligung – alles, was die Eigenfrequenz oder Dämpfung des Rotors verändert – funktioniert, wenn die Erregungsordnung schwer zu beseitigen ist. Der NASA-Bericht stützt sich genau auf diese Logik: Die maximale Strahlung tritt auf, wenn die Betriebsdrehzahlen die Resonanzmodi des Rotors anregen.

Sie können den Übertragungsweg abschwächen. Lager und Stützen sind nicht neutral; sie entscheiden darüber, ob Rotorschwingungen an den Strahlungsflächen auftreten. Und wenn der Root Driver UMP-ähnliche Inhalte hat, denken Sie daran, dass UMP empfindlich auf exzentrizitätsbedingte harmonische Wechselwirkungen reagiert. Burakov merkt auch an, dass parallele Pfade und Rotorkäfigeffekte in einigen Konfigurationen UMP reduzieren können, was ein elektromagnetischer und schaltungsseitiger „Pfad“-Hebel ist, dessen Existenz oft vergessen wird.

Interpretationstabelle: Das Verhalten des Tons gibt Auskunft darüber, welcher Link aktiv ist.

Eine letzte Anmerkung, denn sie spart Wochen an Zeit: Wenn Ihr Kraftspektrum und Ihre Modaldatenbank nicht dieselbe räumliche Sprache verwenden, sieht die „Verbindung“ zufällig aus. Sie ist jedoch nicht zufällig, sondern falsch beschriftet. Übertragen Sie ( f ) und ( r ), behalten Sie die Phase bei und beziehen Sie die Lager von Anfang an mit ein.