齿轮NVH专题二：电机扭矩波动激励下的齿轮噪声
1、研究背景
在电气化传动系统中存在着与常规传动系统中不同的一些挑战，因此需要不同的分析方法。重要的是要同时考虑电机和轴-齿轮-轴承系统，以便获得系统的相互作用关系。由电机运行过程中产生的最明显激励就是作用于定子上时变的径向力，作用于定子及转子上的扭矩波动，以及高转速下转子的不平衡量。这些效应与来自齿轮的传动误差耦合，导致复杂的系统响应。Romax允许所有这些效应在一个完整的系统模型上进行模拟，以便准确地预测整个电机传动系统的动态响应。这使得可以在样机和制造前通过模拟识别和解决噪声问题。这样可以提前做出设计决策避免噪声问题，而不是在它们发生之后再解决这些问题，从而大大节省设计时间和成本。此外，对NVH性能的考虑可以从设计过程早期到详细设计，从而不影响设计耐久性或效率，最终实现首次即正确。2、建立主减齿轮箱模型
2.1 建立齿轮多体动力学刚柔耦合模型
在Romax中完成轴、齿、箱体、轴承建模后，可以得到Romax模型。利用3D建模软件，对输入轴、中间轴、输出轴、减速器壳体进行建模，并将三维几何模型文件利用HyperMesh进行网格划分，得到齿轮箱总成有限元模型。
2.2 建立电机概念模型
在Romax中建立电机概念模型，分别将概念定子模型和齿轮箱壳体模型连接，将概念转子模型与电机轴模型连接，具体加载位置如下图所示。3、总成电机扭矩波动激励源
电机转矩波动是指电机在运转过程中出现周期性的转矩变化。作为其结果，一个大小相等、方向相反的扭矩分别作用于转子和定子上，造成整个动力系统和箱体的振动，从而通过箱体对外辐射噪声。4、电机扭矩波动激励分析参数设置
在Romax中电机总成部件内，对力和激励数据进行导入，并提交计算，得到不同阶次下的激励数据。
5、电机扭矩激励下的齿轮箱振动噪声分析
5.1 电机及齿轮耦合作用下的轴承力计算
在扭矩波动激励所产生的总成不同轴承位置的轴承力大小不同，具体数值由电机扭矩波动激励加载计算得到。
将电机激励下轴承力，以幅值与相位的表达形式导出数据，利用齿轮力计算软件进行仿真计算输出Nastran所需的载荷文件格式，以便后续在Nastran中进行振动响应计算。5.2 扭矩及齿轮激励的贡献量分析
利用高级啸叫分析，对齿轮激励和电机扭矩波动激励进行分析，通过速度均方根计算结果，可以看到由齿轮激励带来的速度均方根数值要远大于电机扭矩波动激励带来的速度均方根数值，因此我们可以得出结论，齿轮传动误差对箱体辐射噪音贡献量更大，但是对于低速段，转子激励引起的振动噪声贡献量较大。基于Nastran软件，对电驱动总成进行模态分析，结果如下。5.4 齿轮箱振动仿真
基于Nastran软件进行振动计算，得到各频率下的电驱动总成振动云图如下。5.5 齿轮箱振动噪声仿真
由电机扭矩波动激励引起的齿轮箱振动噪声仿真云图如下图所示。6、总结
通过Romax软件，在电驱动总成模型中添加电机扭矩脉动激励，对电驱动总成进行NVH性能分析，分析速度轴承力、加速度响应、噪声等结果是否符合NVH性能要求，并根据计算结果提供针对性NVH性能优化方向。通过分析结果看出，齿轮传动误差对箱体辐射噪音贡献量更大，但是对于低速段，转子扭矩脉动激励引起的振动噪声贡献量较大。
温馨提示: 齿轮NVH专题我们将分四期与大家分享呈现，将涉及齿轮啸叫噪声、齿轮敲击噪声、电机扭矩波动激励齿轮噪声、行星齿轮噪声等内容，敬请关注！
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