文俊書 曾文鋒 鄧衛(wèi)勇

（珠海凱邦電機制造有限公司 珠海 519100）

前言

隨著測試需求及產(chǎn)品質(zhì)量管控的不斷提升，相對應的電機振動可靠性要求不斷提高，電機的振動測試越來越廣泛地受關注。目前行業(yè)通用的是單向振動傳感器，即僅單一方向的測試振動傳感器接觸點垂直方向的振動指標（如軸向或徑向）。但從幾何原理角度及電機產(chǎn)品的實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)研究分析，電機運轉(zhuǎn)時除了軸向和徑向振動指標之外，還有與之垂直的切向振動指標，即電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動方向；該切向振動的指標值與產(chǎn)品整機負載運行狀態(tài)的振動值強相關。經(jīng)過大量研究及查找國標確認、傳統(tǒng)的電機振動測試方案仍停留在電機的軸向或徑向的單一測試方式，未對電機旋轉(zhuǎn)切向振動進行量化界定。而空調(diào)用電機的運動方向為旋轉(zhuǎn)切向方式，至此旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)品的切向振動指標才是是振動的主要體現(xiàn)方式；即是需要檢定電機的切向方式的振動狀態(tài)，才能真正評價該電機振動的可靠性能。故此空調(diào)用電機的振動測試方案研究及應用具有重要意義，本文特地結(jié)合實際使用角度開展了針對空調(diào)用電機的振動測試方案可靠性進行研究及應用。

1 電機振動測試方式的術語及要點

1.1 測量量值

電動機振動的測量量值是振動位移（μm）、振動速度（mm/s），以及振動加速度（m/s2）的有效值。

1.2 振動強度

電機軸承振動強度的評判時規(guī)定頻率范圍內(nèi)振動位移（μm）、振動速度（mm/s），以及振動加速度（m/s2）的寬帶方均根。在規(guī)定的電機振動諸測量點中，以所測得的最大值表示該電機的振動強度。

1.3 設備選擇及安裝要點

振動強度的測量儀器應符合ISO 2954的要求。測量設備應能夠測量振動的寬帶方均根值其平坦響應頻率范圍至少在10～1 000 Hz。

小功率電機的安裝應采用自由懸置系統(tǒng)，此種懸置系統(tǒng)（見圖1）可看作為僅容許外部對電機有微小干擾的無源環(huán)境。將電機懸掛在彈簧上或安裝在彈性支撐件（如彈簧、橡膠墊、乳膠海綿）上（圖2），彈性系統(tǒng)的彈性變形量X應符合下式要求：

圖1 彈簧懸置

圖2 彈性支撐裝置

式中：

X—電機懸置后彈性系統(tǒng)的實際變形量，mm；

n—電機轉(zhuǎn)速，r/min；

k—彈性材料線性范圍系數(shù)，對乳膠海綿k=0.4；

Z—彈性系統(tǒng)變形前的自由高度，mm。

為保證彈性墊受壓均勻，可在被試電機與彈性墊之間放置足夠剛性的過渡板，但必須保證不產(chǎn)生附加振動。

電機軸伸中心線與水平面的傾斜角度不大于5 °，對立式電機，其軸伸中心線垂直度不超過±5 °，對有底腳的電機，底腳平面與水平面的傾斜角度應不大于5 °。彈性系統(tǒng)的總重量應不超過被試電機重量的十分之一。

2 影響電機振動可靠性的因素

2.1 PULSE頻率響應模塊創(chuàng)建操作要點

從電腦“開始”菜單所有程序中找到PULSE軟件，點擊打開LabShop，創(chuàng)建新模塊；點擊工具欄“Toggle Configuration”按鈕，打開設備通道設置界面，根據(jù)設備通道連接的對應傳感器選擇設置，以通道Input 1為例，選中Input 1點擊鼠標右鍵，選擇傳感器“Select Transducer”，與通道1實際連接加速度傳感器356A01 x對應，選擇“Accelerometer”，型號選擇356A01 x，點擊OK確認。按以上方法完成力錘（Force /8206-002）和其他通道設置。點擊工具欄“Toggle Measurement”，打開測量管理界面，添加所有信號通道，開始設置控制參數(shù)：選中Setup，點擊鼠標右鍵，選擇屬性，打開設置界面（圖3）；

圖3 力錘設置界面參數(shù)示圖

1）力錘設置（Trigger）：打開Trigger界面，創(chuàng)建Trigger激勵觸發(fā)器（如：Impact），Trigger Type選擇信號（Signal），Delay設置為- 20 ms；Signal選擇力錘連接通道，Reference 參考值為100 N，其他選定默認值。

FFT設置（Set-up）：點擊打開FFT屬性（圖4），選擇Set-up 界面，設置FFT分析儀的線數(shù)Lines和帶寬Span（用戶期望測量的頻率范圍），這兩個參數(shù)會影響T（FFT分析樣本長度），建議該值＞1 s，但不超過3.2 s，因為時間太長每點需要等待時間也長，參考設置Lines：6400，Span：3.2 kHz；設置平均方式Linear，平均次數(shù)至少為3次，過載Overload：Reject。

圖4 FFT起動設置界面參數(shù)示圖

3） FFT設置（Trigger）：選擇Trigger界面（圖5），Record 觸發(fā)器選擇連接的力錘信號（Impact）；Average觸發(fā)器選擇Manual 1（疊加平均）。

圖5 FFT-Trigger設置界面示圖

4）FFT設置（Spectra）: 選擇Spectra界面，設置信號的Auto-Spectrum自譜和Cross-spectrum互譜（圖6）。

圖6 FFT信號設置界面示圖

5）FFT Analysis設置（Signal）：FFT分析儀中的時間加權Time Weighting 改為Uniform（圖7）。

圖7 FFT時間加權設置示圖

2.2 模態(tài)分析設定要點

1）完成以上步驟設置后，點擊工具欄中的激活/初始化，確保參數(shù)設置保存有效。點擊工具欄“Toggle Function”，打開函數(shù)管理器界面，添加Time函數(shù)、Autospectrum自譜、FRFH 1函數(shù)（其中的reference信號為激勵信號）、Coherence互相干（其中的reference信號為激勵信號）。

1）打開測試譜圖界面，雙擊各個函數(shù)可顯示對應的頻譜圖，為了更好的觀察分析頻率響應，一般選用“Modern Display”顯示模式，打開FRFH 1譜圖和Time（Signal 3）激勵信號時域圖，在PULSE的Windows菜單排列窗口。

2）待所有界面排列好之后，在左側(cè)狀態(tài)欄點擊鼠標右鍵，添加“Add task”，保存當前顯示界面；點擊工具欄“Toggle Level Meter”，打開信號顯示范圍，確認是否過載情況，如無異常，點擊保存測試模塊。

2.3 頻率響應測試要點

1）將測試硬件三向振動傳感器356 A和力錘按照軟件設置連接對應通道，如通道1、2、4分別連接振動傳感器x、y、z三方向，通道3連接力錘；打開建好的測試模塊，點擊工具欄激活/初始化按鈕，確認連接傳感器所有通道信號燈為綠色，信號傳輸無異常。

2）將待測樣品以彈性懸掛的方式安置好，依據(jù)異常反饋評估確定測試位置，把振動傳感器粘貼牢固，做好測試準備工作。

3）在測試界面點擊工具欄“Start”開始測試按鈕，即進入待測試狀態(tài)；在待測樣品上選好敲擊點，力錘敲擊給出激勵信號，激勵信號在Time（Signal 3）界面顯示，如信號顯示無異常，點擊Trigger 1，即可顯示響應信號，各方向響應信號界面上譜圖為向相位角，下譜圖為幅值；敲擊第二次，如無異常，點擊Trigger 1，顯示疊加平均譜圖，如敲擊激勵響應有異狀，重新敲擊，確認無誤后，點擊Trigger 1；重復以上動作，直至達到設置的次數(shù)，完成測試（圖8 為結(jié)果顯示圖）。

圖8 模態(tài)分析測試結(jié)果示圖

3 結(jié)論

從上述的例子可以看出，要測準電機振動的性能指標值，需要通過單體或整機實際運行狀態(tài)下進行調(diào)試比對設定合適的參數(shù)；因電機設計到多種負載的應用場合，需要恰當?shù)倪M行選定參數(shù)進行基礎設定值，才能有效的測定出電機在運行狀態(tài)下的真實振動數(shù)值。一個穩(wěn)定的測試條件需要經(jīng)過多次的樣本進行測試驗證其系統(tǒng)的穩(wěn)定性方可投入使用；如交流電機應在電源頻率和電壓為額定值的前提下測定較為準確，直流電機應在降壓的方式下保證電機轉(zhuǎn)速為額定值的前提下測試較為準確；當對多速或調(diào)速電機產(chǎn)品，應在最高額定轉(zhuǎn)速下進行測量進行測定較為準確；而對于雙向旋轉(zhuǎn)的電機，振動測試應使用于任何旋轉(zhuǎn)方向進行測定 較為準確。以上總結(jié)的驗證結(jié)果，所有被測樣件應在空載且諸相關參量為額定值的狀態(tài)下穩(wěn)定運行30 s后方可進行測量，確保了電機的穩(wěn)定運行后，測試的振動數(shù)值才能有效的體現(xiàn)出產(chǎn)品的實際振動狀態(tài)及評價。