Akoestisch geluid: verband tussen krachten op statortanden en trillingsmodi van de rotor

De meeste 'mysterieuze tonen' in e-machines zijn gewoon een boekhoudkundige fout: de tandkracht-harmonische wordt op de ene manier geïndexeerd, de structurele modi op een andere manier, en het rotorpad wordt genegeerd omdat de stator gemakkelijker de schuld kan krijgen. Zet alles op dezelfde assen – frequentie, ruimtelijke volgorde en waar de belasting daadwerkelijk sluit – en het verband wordt meestal duidelijk.

Wat "stator tandkracht" moet betekenen (anders werkt uw link niet)

Als je 'tandkracht' op de ene dag echt de luchtdruk op een geschikt oppervlak is en op de volgende dag de knooppuntkrachten op tandpunten, dan kun je elke modus verantwoordelijk laten lijken. De definitie van kracht is het contract. Als je dat verbreekt, wordt je modale correlatie een oefening in verhalen vertellen.

Ook een saai detail dat belangrijk is: krachtnauwkeurigheid is mesh-gevoelig, en mensen sturen stilletjes slechte krachtkaarten naar structurele oplossers. Een pragmatische controle is het vergelijken van het koppel van de in kaart gebrachte krachten met het koppel van de oplosser; als ze overeenkomen, schend je in ieder geval niet op een opvallende manier de behoudswet.

Afzonderlijke opmerking. Als u methoden vergelijkt (virtueel werk versus Maxwell-spanning op verschillende oppervlakken), bent u niet academisch bezig. U probeert te voorkomen dat een 3 dB-discussie uitmondt in een 15 dB-fout.

Houd twee indices bij: frequentie en omtreksgolfgetal

Kracht frequentie alleen is een half label. De andere helft is het ruimtelijke patroon rond de luchtspleet: omtreksgolfgetal (vaak geschreven als r). Als je geen r door de pijplijn zul je een piek aan de verkeerde modus 'koppelen', omdat veel modi zich in dezelfde frequentieband bevinden.

De tand-FRF-gemeenschap is hier duidelijk over: magnetische krachten worden onderscheiden door frequentie en ruimtelijke verdeling, en die ruimtelijke verdeling is de omtrekgolfgetal. Ze geven zelfs de gezondheidsankers: r = 0 is een pulserende golf, r = 1 komt overeen met ongebalanceerde magnetische aantrekkingskracht (UMP).

Er is een oude regel die blijft bestaan omdat hij waar is: sterke straling treedt op wanneer de excitatiefrequentie dicht bij een natuurlijke frequentie ligt. en De ruimtelijke volgorde komt overeen met de modusvorm. Niet optioneel. Twee sloten.

Hoe tandkrachten uiteindelijk rotormodi in gang zetten

De sprong van 'tandkracht' naar 'rotormodus' is geen mystieke koppeling. Het is een belastingafsluiting.

Een groot deel van de tandkracht is radiaal en bevindt zich in de stator. Dat is het standaardverhaal en vaak klopt het ook: trillingen van de stator, aangedreven door elektromagnetische krachten in de luchtspleet, stralen uit wanneer het buitenoppervlak beweegt, en resonanties treden op wanneer kracht-harmonischen dicht bij trillingsmodi liggen.

Maar sommige harmonischen doen meer dan alleen je tanden klapperen. Ze creëren een netto resultaat op de rotor, of een netto moment, of ze moduleren lagerreacties. Het duidelijkste voorbeeld is r = 1: UMP gedraagt zich als een laterale krachtvector die roteert met het veld-/excentriciteitspatroon en wordt via de lagers rechtstreeks naar de buigdynamica van de rotor geleid.

De UMP-benadering van Burakov is nuttig omdat het een spectrale uitspraak is, geen sfeer: de excentriciteit van de rotor produceert extra veldharmonischen die met ±1 in ruimtelijke volgorde zijn verschoven, en UMP komt voort uit interacties die aan die ±1-relatie voldoen. Dat is het rotorpad dat zich in de indexwiskunde manifesteert.

Dan is er nog de tangentiële kant. Mensen onderschatten het belang ervan. Een recent onderzoek van eAxle legt een verband tussen torsietrillingen/geluid en de tangentiële elektromagnetische krachtverdeling en behandelt radiale versus tangentiële bijdragen expliciet. Als uw piek in 'akoestisch geluid' verband houdt met een torsiemodus en u alleen radiale tandkrachten hebt gedragen, dan hebt u het antwoord al bepaald.

Een mapping-pijplijn die de wiskunde niet verbergt

Je hebt geen groot gekoppeld model nodig om de koppeling te maken. Je hebt gedisciplineerde artefacten en consistente indexering nodig.

Die tabel is het hele spel. Niet elke rij is elke keer nodig, maar wanneer een link wordt betwist, is de ontbrekende rij meestal degene die het zou oplossen.

Modale matching zonder te doen alsof het exact is

Behandel 'match' als een filter, niet als een bewijs.

Je zoekt naar een krachtcomponent bij frequentie ( f_k ) met omtreksgolfgetal ( r_k ). Je zoekt naar een rotormodus met een natuurlijke frequentie in de buurt van ( f_k ) en een compatibele omtreksvolgorde (knoopdiameter / lobben) die ( r_k ) kan accepteren. Soms is het rotormoduslabel $(n, m)$ of $(\text{ND}, \text{axiaal})$. Ander dialect, hetzelfde idee.

Als u de ruimtelijke volgorde overslaat, koppelt u de 2,9 kHz-toon aan de stator-modus die het dichtst in de buurt is. Als u de ruimtelijke volgorde aanhoudt, zult u merken dat de toon kieskeurig is over waar hij uitstraalt, waar hij wordt waargenomen en welke peiling hem als eerste ziet.

Twee testdiagnostieken die de deelname van de rotor blootleggen

Ordertracking kan veel doen zonder dat er bijna geen modellering nodig is. Het rapport van NASA over rotortrillingen maakt gebruik van de fundamentele elektrische frequentierelatie. $f_1 = f_{\text{mot}} P / 120$ en markeert harmonischen; pieken die zich rond een rotoreigenfrequentie clusteren en een elektrische harmonische volgorde volgen, zijn een sterke aanwijzing dat EM-excitatie een rotorresonantie voedt.

Tand-FRF-concepten zijn ook beter schaalbaar dan men denkt. De aanpak in het ISMA-artikel – het karakteriseren van de structurele respons door het opwekken van statortanden, het omzetten van tand-FRF naar golf-FRF en vervolgens het analyseren van roterende Maxwell-spanningsgolven – maakt 'ruimtelijke orde' meetbaar, niet alleen simuleerbaar. Ze bespreken zelfs een uitbreiding naar rotor-FRF-denken, waarbij rotormodus niet langer speculatief is.

Een concreet voorbeeld waarbij de rotormodus de akoestische piek bezit

De gegevens van de 'Scorpion'-motor van NASA zijn een duidelijk voorbeeld, omdat ze de rotormodi benoemen en de akoestiek weergeven. De piek van de akoestische straling ligt rond 3000 Hz; deze piekt bij specifieke motorsnelheden (6292 en 6441 tpm in dat rapport), de piek komt overeen met de vierde elektrische harmonische bij die snelheden en de toon komt overeen met de rotormodus ((2,1)) uit FEA (met een experimentele frequentie in de buurt). Dat is "tand/EM-kracht" die "rotorresonantie" ontmoet in het openbaar, met cijfers.

Als de informatie van uw concurrenten ophoudt bij 'statorvibraties veroorzaken geluid', dan is dit het ontbrekende hoofdstuk: de kracht kan elektromagnetisch zijn en toch via rotormodi worden geleid, met richtingspatronen en sensor-naar-sensor delta's die een verhaal dat alleen over de stator gaat niet kan evenaren.

Mitigatiekeuzes, gekaderd door het verband dat u zojuist hebt aangetoond

Als de koppeling 'force harmonic exists' → 'rotor mode accepts it' → 'bearing path transmits it' is, dan heb je drie hefbomen, en als je die blindelings door elkaar gebruikt, verspil je tijd.

U kunt de harmonische inhoud in de tandkrachten verminderen. De keuze van sleuven/polen en tandmodulatie-effecten beïnvloeden welke harmonischen aanwezig zijn en hoe sterk ze zijn. Een recent PMSM-onderzoek vergelijkt expliciet het aantal sleuven en toont aan dat belangrijke harmonische componenten overeenkomen met natuurlijke frequenties in NVH-resultaten, wat in feite een verkapte resonantiekaart is.

U kunt de rotormodus verplaatsen. Stijfheid, massaverdeling, deelname van de eindkap – alles wat de eigenfrequentie of demping van de rotor verandert – werkt wanneer de excitatieorde moeilijk te elimineren is. Dat NASA-rapport steunt precies op deze logica: piekstraling treedt op wanneer de bedrijfssnelheden de resonantiemodi van de rotor exciteren.

U kunt het transmissiepad verzwakken. Lagers en steunen zijn niet neutraal; zij bepalen of rotortrillingen zichtbaar worden op de stralingsoppervlakken. En wanneer de root driver UMP-achtige inhoud heeft, moet u er rekening mee houden dat UMP gevoelig is voor excentriciteitsgedreven harmonische interacties. Burakov merkt ook op dat parallelle paden en rotorkooieffecten UMP in sommige configuraties kunnen verminderen, wat een elektromagnetisch en circuitgerelateerd 'pad'-hefboom is waarvan mensen vergeten dat die bestaat.

Interpretatietabel: aan de hand van de toon kunt u zien welke link actief is.

Nog een laatste opmerking, want het bespaart weken werk: als uw krachtspectrum en uw modale database niet dezelfde ruimtelijke taal gebruiken, zal de "link" willekeurig lijken. Dat is niet zo. Het is verkeerd gelabeld. Neem ( f ) en ( r ) mee, behoud de fase en maak de lagers vanaf het begin onderdeel van het verhaal.