基于ANSYS响应面方法优化泵组电机架固有频率
基于ANSYS的立车加工电机机座模态分析_王萍
匀四孔进行 X、Y 和 Z 向位移约束。
3.3 结果
对电机机座进行模态分析后， 通过 Lanczos 凝聚技
术计算得出了机座的固有频率及振型图。 在两种不同的
装夹方式下， 其前六阶固有频率计算结果如表 1 所示，
［参考文献］ ［1］ 吕东，王 华昌 ，李志 刚.基于 标准 工艺 模板 的自动 数控 编 程 技 术
及 其 应 用 ［J］.模 具 工 业 ，2011，37（5）：12-17.
［2］ 王 勇 ，寇 金 宝 ，高 翔 ，等.UG/CAM 加 工 模 板 在 包 装 容 器 数 控 铣
削 中 的 应 用 ［J］.包 装 工 程 ，2008，29（12）：89-90.
换为 Lanczos 向量内三对角矩阵 T 的标准特征值问题。
αm
m1
β2
m
βm
m m
2
α2
β3
m
m
m
T=
m m
β3 α3 β4
m
m
m
m
m
m
mm
m
… ……
…
αm-1 βm
m m m m m m m m m m m m m m
βm mm m
α mm mm
通过递推公式最终得到
φ軒（i）＝K－1Mφ（i）＝φ赞 （i）＋αiφ（i）＋βiφ（i-1）=βi+1φ（i+1）+αiφ（i）＋βiφ（i-1） （i=0，1，2，…，m；φ（0）＝0）
用自由 10 节点四面体划分网格，生成了 101944 个节点，
51999 个单元。
3.2 边界条件
对电机机座采用一次性装夹加工所有内表面， 以端
面定位限制 Z 向移动、X 与 Y 向旋转共有两种方式：一种
机架固有频率优化的结构设计
机架固有频率优化的结构设计杨思慧;陈建魁;尹周平【摘要】面向自动化装备机架结构的优化需求,提出了一种基于固有频率优化的结构设计方法.根据外部激励的幅频曲线和机架最大振幅与刚度、质量之间的关系曲线图,获得了频率优化边界条件.通过模态分析得到各阶固有频率与振型,并根据灵敏度系数给定设计变量范围,基于固有频率约束与质量最轻目标给出了优化设计函数,进行了机架结构优化设计.最后利用ANSYS Workbench谐响应分析验证了优化后的模型较原模型极大程度地改善了机架的动力学性能.优化设计方案提高了机架固有频率,优化了其振动特性,满足生产实际要求;该固有频率优化方法具有一般性,可用于类似支撑结构的优化设计.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】4页(P71-73,77)【关键词】机架;结构优化;固有频率优化;振动;模态分析;谐响应分析;ANSYSWorkbench【作者】杨思慧;陈建魁;尹周平【作者单位】华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,湖北武汉430074;华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,湖北武汉 430074;东莞华中科技大学制造工程研究院,广东东莞 523000;华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH1221 引言机架是自动化装备主要构成部件之一，起着支撑承载和基础连接的作用，其结构、强度、刚度、质量等等性能指标直接影响着整套系统的静态和动态性能。
若机架动刚度达不到要求，则容易导致了鲁棒性降低、共振、噪声等一系列问题，影响产品性能[1]。
因此，如何保证机架类大结构件的动态性能成了一个关键研究点。
机架的动态性能主要是指其振动特性[2]，考虑的指标一般有振幅、频率、相位等参数。
动态性能（即响应）的影响因素包括激励与结构。
激励主要指的是外部载荷，它决定了结构振动的振幅；结构则决定了固有频率。
纯电动汽车电机悬置支架固有频率的设定方法
2023年第6期doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.06.008 收稿日期：2023-08-10纯电动汽车电机悬置支架固有频率的设定方法詹士成（东风本田汽车有限公司，武汉 430056）摘 要：基于驱动电机总成噪声的产生机理和隔振原理的分析，建立了评价工况下基于电机参数、轮胎参数在悬置支架固有频率的设定方法。
以某纯电动车急加速工况车内电机噪声存在异常为研究对象，通过整车测试、数据分析、路径分析、隔振分析等最终确定，直接原因是左悬置隔振率不足，根本原因是左悬置壳体支架的固有频率偏低。
基于悬置支架固有频率设定方法，提出左悬置“加安装点”以提高固有频率的优化方案。
经过实车测试和主观评价，该方案不仅彻底解决了急加速工况下车内电机异常噪声问题，而且在全转速下整车的噪声水平和左悬置隔振率均得到了显著的整体提升。
从而证明，纯电动汽车电机悬置支架固有频率设定方法具有非常高的实用性，能够为电机悬置支架固有频率的正向设计提供理论依据和指导。
关键词：悬置支架；固有频率；正向设定；电机噪声；电动汽车中图分类号：U469.7 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）06-0037-06The Setting Method for Natural Frequency of Mount Bracket inElectric Vehicle MotorZHAN Shi-cheng(Dongfeng Honda Automobile Co., Ltd., Wuhan 430056, China)Abstract: Research on the analysis of the noise generation mechanism and vibration isolation principle of the drive motor assembly, a method for setting the natural frequencyof mount bracket was established based on motor parameters, tire parameters, evaluationconditions, etc. The research object is abnormal motor noise under acceleration conditionin an electric vehicle, it was finally determined through vehicle testing, data analysis, pathanalysis, vibration isolation analysis, etc. The direct reason was the insufficient vibrationisolation rate of the left mount, and the fundamental reason was the low natural frequencyof the left mount housing bracket. The "adding installation points" scheme was proposed toincrease the natural frequency base on the setting method. According to the actual vehicletest and subjective evaluation, the scheme not only completely improved the abnormalmotor noise in vehicle, but also significantly improved the vehicle noise overall level and theleft mount overall isolation rate at full rotate speed range. It proves that the setting methodhas high practicality, and can provide theoretical basis and guidance for the forward designof the natural frequency of motor mount bracket.Key Words: Mount Bracket; Natural Frequency; Forward Design; Motor Noise; Electric Vehicle3738与传动的燃油汽车相比，电动汽车的动力总成及其附件系统更为精简和紧凑，减少了飞轮、离合器、联轴器、起动机、进气系统、排气系统等零部件，动力总成的整体质量、转动惯量等大幅降低。
基于ansys的直流无刷电机模态分析
基于ansys的直流无刷电机模态分析
基于ansys的直流无刷电机模态分析
史忠震;杨立;许贞俊;李青青
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2013(000)017
【摘要】运用ansys有限元分析软件对永磁直流无刷电动机进行了模态分析，得到了该电机振动系统的前八阶固有频率和相应的振型，了解了电机的振动特性，分析表明该电机在工作时未出生整机共振现象，电机中未发现薄弱环节，电机整机设计较为合理，同时通过锤击法模态实验验证了ansys有限元分析的准确性，对永磁直流无刷电机的设计和优化有一定的指导意义。
【总页数】3页(126-128)
【关键词】直流无刷电机;有限元分析;模态分析;锤击法
【作者】史忠震;杨立;许贞俊;李青青
【作者单位】贵州大学机械工程学院，贵阳550025; 贵州航天林泉电机有限公司，贵阳550008;贵州航天林泉电机有限公司,贵阳,550008;贵州大学机械工程学院,贵阳,550025;贵州大学机械工程学院，贵阳550025; 贵州航天林泉电机有限公司，贵阳550008 【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于ANSYS的高速永磁电机转子模态分析 [J], 杨桃月; 张贤信
2.基于Ansys技术的直线振动电机模态分析 [J], 翟文波
3.基于ANSYS的无刷直流电机转轴的模态分析 [J], 许贞俊; 史忠震。
基于ANSYS的叶片泵的泵体的建模与模态分析
基于ANSYS的叶片泵的泵体的建模与模态分析【摘要】采用ANSYS有限元软件建立了叶片泵泵体的实体模型，并进行了模态分析，得到叶片泵泵体的固有频率和振型特征，分析了叶片泵的噪音频率范围，对叶片泵泵体结构参数进行了修改，使其固有频率远离叶片泵噪音频率范围，避免噪声的产生。
为叶片泵的进一步研究提供了参考依据。
【关键词】叶片泵；模态分析；泵体；噪音Modeling and modal analysis of pump body of vane pump based on FEMCHEN Hao（Hu Bei Ao Lin hydraulic Co Ltd Suizhou 441300 Hubei China）【Abstract】Entity model of pump body of vane pump and modal analysis were done by using ANSYS finite element software. Then the natural frequency and characteristics of mode types were gained. The range of noise frequency of vane pump was analyzed. The natural frequency of vane pump were out of the frequency range of noise by modifying the structure parameters of pump body. Noise was avoided. Reference basis for the further study on vane pump is provided.【Key words】Vane pump；Modal analysis；Pump body；Noise叶片泵是液压泵中的主要产品，比较其它液压泵如柱塞泵具有运转平稳，重量轻，体积小等优点，近年来在国内得到快速发展[1-4]。
某型号电机底座模态分析及固有频率的优化
某型号电机底座模态分析及固有频率的优化吴学锋;张保成;刘宇航【摘要】For calculating the natural frequencies of a type of electric motor base, the resonance characteristics are ing Lanczos method for the modal analysis, the first six-order natural frequency and mode shape are obtained. On this basis, using Optistruct module of Hyperworks, the natural frequency of the electric motor base is optimized.Optimiza-tion results show that this method can improve the first-order natural frequency of the base, and then resonance region is avoi-ded for suppressing resonance between the motor and the base.%为计算某型号电机底座的固有振动频率，研究其共振特性，利用Lanczos 法对其进行模态分析，得到了前6阶固有频率及振型。
在此基础上，运用Hyperworks软件的Optistruct模块，对底座结构的固有频率进行优化。
优化结果表明，此方法能有效提高底座的1阶固有频率，从而避开谐振区，抑制电机与底座之间发生共振。
【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P57-59)【关键词】电机底座;模态分析;固有频率;Optistruct【作者】吴学锋;张保成;刘宇航【作者单位】中北大学机械与动力工程学院，山西太原 030051;中北大学机械与动力工程学院，山西太原 030051;中北大学机械与动力工程学院，山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TM303电机作为旋转机械设备，在现代生产中扮演着不可或缺的角色。
基于ANSYS的电机支架结构的模态分析
0引言振动是一种常见的物理现象，由于振动或冲击而产生的共振、疲劳破坏等危害到航空航天、仪器仪表、机械性能、交通运输以及军事防御等各个领域。
模态分析用于振动测量和结构动力学分析，可测得比较准确的固有频率、模态振型等参数，它们对机械结构的安全性有重要意义，也有助于设计工程师们可以避开这些频率或最大限度的减小对这些频率上的激励，从而消除过度振动和噪声[1]。
电机支架连接构件的整体性能好坏对电机的性能和寿命有很大的影响。
电机支架是支撑结构中的主要承载构件，电机支架针对不同的场合使用有不同的类型，本文利用有限元对其中一种工字连接构件进行模态分析，得到其固有频率和振型，可避免工字连接件在工作过程中与其他部件发生共振，造成事故。
1模态分析原理模态直接反映机械结构的固有振动特性，每个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
一般地，对于多自由度阻尼系统的运动微分方程为：（1）式中：[M]—系统的质量矩阵；[C]—系统的阻尼矩阵；[K]—系统的刚度矩阵；{X}—系统的位移向量；{F （t ）}—系统的激阵力向量。
在没有外力作用时，可以得到系统的自有振动方程，但通常情况下，又由于阻尼对模态分析影响不大，从而得到无阻尼的自由运动方程：（2）其对应的特征值方程为：（3）因为系统{X}≠{0}，即：（4）解出ωn 即为多自由度系统各阶固有频率，将ωn 解出后代入到方程（3）中求得{X}，即为各阶固有频率的振型。
2工字连接件结构分析工字连接件其截面为工字型的钢材，选用尺寸为250mm ×118mm ×10mm 方钢，结构图如图1所示，材料参数如表1所示。
图1工字连接件结构图表1材料参数参数名称参数值杨氏模量泊松比密度200000/（GP ）0.37890/（kg （m 3）-1）2.1建模及网格划分利用CATIA 软件建立工字连接件的三维模型，再通过其与ANSYS Workbench 之间的软件接口将支架模型导入ANSYS Workbench ，导入后的模型如图2所示。
基于ANSYS的高速电机试验台底座的模态分析及优化
基于ANSYS的高速电机试验台底座的模态分析及优化高速电机试验台常用于机械加工企业中，对工作稳定性要求较高，而试验台底座对试验台的整体性能具有重要的影响。
采用ANSYS有限元软件，对试验台底座进行模态分析，得到其前3阶的振型和固有频率，依次讨论了底座优化钢板结构、灌注混凝土、改变固定方式等的影响，进一步提出了优化方案。
研究表明：灌注混凝土能小幅提高固有频率，优化钢板结构和固定方式能较大幅度提高固有频率。
标签：高速电机试验台;底座;模态分析;ANSYS0 引言随着科技进步，对加工精度的需求越来越高，高速电机应运而生。
高速电机通常是指转速超过10000 r / min的电机，具有功率密度高，传动效率高等优点，但同时由于其额定转速较高，更易引起共振现象，共振不仅对试验台的正常工作造成较大影响，甚至会导致重要零部件的损坏，这就对试验台底座的结构特性提出了更高的要求[1-4]。
本文基于ANSYS软件进行仿真，得到试验台底座的前3阶模态，分析应力分布，并提出优化方案，依次从优化钢板结构、灌注混凝土、改变固定方式三个方面展开讨论，并加以验证。
1 理论依据试验台底座是一个多自由度线性定常系统，其运动微分方程可表示为：式中的、、分别表示质量矩阵、阻尼矩阵及刚度矩阵，、、分别表示加速度向量、速度向量、位移向量，表示外部激励力。
在实际工作中，底座外部激励力为0，且阻尼项可以忽略不计，简化为：其对应的特征方程为：式中的ω表示固有频率，解方程（3）即可得到包括固有频率和振型在内的模态参数[5]。
2 模态分析2.1 几何建模利用ANSYS软件中的几何模块对试验台底座进行建模，简化后整体结构如图1所示：顶端表示电机部分，假设为等质量的刚体，通过4个垫片以螺栓的方式与底座固定，底座中间部位是4块焊接成长方体状的竖直钢板，且在y方向和x方向的两侧各有5块和1块肋板加以支撑，底板开槽，每侧各有2个，每个槽的两端通过螺栓与下方固定。
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基于ANSYS响应面方法优化泵组电机架固有频率杨永彬;程世福;付强【摘要】某型号立式泵在约20 Hz处出现共振,造成较大振动.由于现场条件限制,只能调整部分结构尺寸.采用响应面优化方法对立式泵出口段上方的电机架的几何尺寸进行了优化,优化变量为电机架高度、法兰厚度和筋板尺寸,目标函数为固有频率.优化后的电机架有效地提高了系统的固有频率,避免了共振现象的发生.原结构一阶固有频率为19.524 Hz,优化后频率为26.793 Hz,二阶固有频率为20.306 Hz,优化后频率为26.957 Hz,水平振动速度幅值从11.3 mm/s降低至2.1 mm/s,竖直振动速度幅值从16.9 mm/s降低至2.3 mm/s.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2019(056)001【总页数】5页(P52-56)【关键词】离心泵;响应面;优化;共振;固有频率;几何尺寸【作者】杨永彬;程世福;付强【作者单位】大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031;大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031;大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连116031【正文语种】中文【中图分类】TQ051.2;TH311振动是旋转机械不可避免的现象，当外界激励的频率与系统频率接近时，会发生共振现象[1-2]，共振会引起机械和结构很大的变形和动应力，甚至会直接造成破坏性事件[3-4]。
为了降低共振危害，一般采用改变系统频率的方式。
但对于旋转机械设计已完成乃至运行后发生的共振，易改变旋转机械自身的固有频率，因此需要对易于修改的某些附件进行修正，从而调整整个系统的固有频率[5-6]。
由于附加部件的功能和外形尺寸往往受到整个旋转机械系统的约束，因此对附件的修正较为困难。
近年来，优化算法被广泛应用于机械结构尺寸的优化[7-8]，以达到诸如减震、减重、增加强度或刚度等目的[9]。
本文即以某型号立式泵的电机架优化为例，采用响应面优化的方法，在电机架的外形尺寸受限的情况下，对电机架的尺寸进行优化，提高了电机架的固有频率，避免了共振现象的发生[10-11]。
1 问题描述某型号立式泵在现场变频工况下出现较大振动，水平方向（平行于出口方向）与垂直方向（垂直于出口方向）的振动幅值分别为41.3 mm/s和36.9 mm/ s。
经过前期固有频率测定、现场试验及数据对比，确定原有振动由共振引起。
实际测量的水平方向的振动频率为21.26 Hz，垂直方向的振动频率为20.84 Hz。
经过有限元模态仿真后，系统的水平方向固有频率为19.524 Hz，垂直方向固有频率20.306 Hz。
实际振动频率与固有频率接近，确认共振现象的发生。
由于对电机及泵进行调整的代价较高，因此本文采用优化方法对位于泵出口段和电机之间的电机架进行调整，以避开共振区。
2 优化算法介绍本文采用ANSYS 17.0 Workbench中的Response Surface Optimization模块进行优化。
响应面优化方法是通过一系列确定性实验，使用多项式函数来近似模拟真实响应f与输入值x之间的关系。
其中，f、、x均为多变。
在真实响应f的非线性程度不大的情形下，合理地选取实验点，可以较好地用模拟真实响应f。
使用方法如下：（1）使用设计变量的初始值x0建立几何模型，使用参数化模型方法指定若干设计变量。
（2）进行CAE求解，得到基于设计变量初值x0的输出响应。
使用参数化方法在响应中指定若出输出参数。
（3）使用Response Surface Optimization模块，进入优化程序：① Design of Experiments：在初始设计变量x0的一定范围内进行设计实验，每个确定的参数组合x称为一个设计点。
如果设计变量是一个的话，设计点一般为5个。
针对自动生成的设计点进行分析计算得到对应的输出参数，得到确定性的实验结果。
② Response Surface：使用上一步得到的确定性实验结果，生成响应面拟合函数。
③ Optimization：设定目标函数与约束函数，并基于上一步得到的响应面拟合函数进行优化设计，给出三组优化值。
（4）将优化值输入至初始几何模型并进行重新求解，检验优化结果。
（5）如对优化结果不满意，可重复进行。
响应面优化方法采用正交方法布置设计点，代表性强，可有效减少试验次数。
采用Response Surface Optimization模块可自动布置设计点，批量完成设计点计算，并自动生成响应面拟合函数并求取极值，便于设计人员的无值守计算，提高工作效率。
3 电机架的优化3.1 计算模型采用Solidwork软件建造泵出口段、底座及电机的简化模型，并导入Workbench的DM模块中，并在DM模块中使用参数化建模的方式建立电机架的几何模型，如图 1所示。
可变动尺寸的限值及原始尺寸如表 1所示，约束尺寸如表 2所示。
由于建模需要，将表 1中的可变动尺寸转化为如表3所示的5个设计变量。
本文采用六面体网格进行划分，生成质量较高的网络，共计260 046节点，节点质量0.780 4，可用于进行模态仿真计算。
边界条件为底板固支。
计算框图如图 2所示，共有三个模块，分别是原始结构的几何建模DM模块、模态计算模块和优化模块。
图1 泵出口段、底座、电机架及电机模型Fig.1 Models of pumpoutletsection, base, motor and motor frame表1 设计尺寸及设计区间Table 1 Design dimension and range下限上限原始尺寸上法兰厚度/mm 25 40 25下法兰厚度/mm 25 40 25筒体厚度/mm 12 40 12筋板厚度/mm 15 30 15筋板宽度/mm 20 与下法兰外径平齐 20表2 结构约束尺寸Table 2 Constrained dimensions of structure筒体内径/mm上法兰外径/mm 536 477.5 60° 800 680电机架高度/mm开窗尺寸/mm 下法兰外径/mm表3 设计变量取值范围Table 3 Range of design variables设计变量下限上限下法兰厚度(P1) /mm 25 40筒外径(P2) /mm 560 616上法兰厚度(P3) /mm 25 40筋板半厚度(P4) /mm 7.5 15筋板外缘距(P5) /mm 322 399图2 优化流程图Fig.2 Flow chart of optimization3.2 优化设置及计算过程采用原始尺寸进行仿真计算，指定输出参数为一阶固有频率和二阶固有频率，分别记为P6和P7，完成第一次输入-输出计算。
Response Surface Optimization模块提供自动的设计点个数计算方法，该问题共5个设计变量，因此在优化模块中自动生成27个设计点。
在该模块中对设计点进行自动计算并获得每个设计点的输出参数，即一阶固有频率和二阶固有频率。
在完成设计点计算后，Response Surface Optimization模块采用多项式拟合的方式对设计点的输入输出参数进行拟合，可获得响应面拟合函数。
在该模块中，提供某个设计变量与某个输出参数之间的关系曲线，如图 3所示。
图3 设计变量与输出参数关系Fig.3 Relations between design variables and output对响应面拟合函数求取极值，可获得输出参数的极值以及对应的设计变量值。
由于响应面优化本质上是拟合方法，因此需要对获得的设计变量值进行验算以获得该设计点下的真实响应。
Response Surface Optimization模块提供三个优选值以供检验，如图 4所示。
图4 响应面优化后得到的三组最优值Fig.4 Three sets of optimal value after response surface optimization考虑到加工要求，选取第二组为最优解，并带入模态计算模块进行验算，结果如表4所示。
可见优化后，一阶频率提升37 %，二阶频率提升33%，固有频率变化效果明显。
优化前后的仿真模态如图5～8所示。
从具体尺寸可见，电机架的厚度未发生变化，上下法兰的厚度有所增加，筋板的尺寸增加量最大，说明优化影响刚度的主要因素为筋板的尺寸。
这也为日后设计提供了有益经验。
3.3 生产现场验证根据优化结果，新电机支架运行状态良好，具体结果见表 5。
从表5中可见，优化结构的仿真频率值与实测结果接近，结果真实可信。
优化结构的振动幅值较原始结构大幅降低，满足用户需求，说明通过优化方法得到的结构其固有频率避开了共振区，到达了优化设计目的。
表4 优化结果Table 4 Optimization results优化结构原始结构上法兰厚度/mm 40 25下法兰厚度/mm 40 25筒体厚度/mm 12 12筋板厚度/mm 30 15筋板宽度/mm 120 20一阶频率/Hz 26.793 19.524二阶频率/Hz 26.957 20.306图5 原始结构水平方向模态振型（19.524 Hz），一阶频率Fig.5 Horizontal mode of vibration of the original structure(19.524 Hz), first frequency图6 原始结构垂直方向模态振型（20.306 Hz），二阶频率Fig.6 Vertical mode of vibration of the original structure(20.306 Hz), second frequency图7 优化结构水平方向模态振型（26.957 Hz），二阶频率Fig.7 Horizontal mode of vibration of the optimized structure(26.957 Hz), second frequency 图8 优化结构垂直方向模态振型（26.793 Hz），一阶频率Fig.8 Vertical mode of vibration of the optimized structure(26.793 Hz), first frequency表5 优化结构验证结果Table 5 Test and verify for results of optimized structure优化结构原始结构仿真计算实测结果仿真计算实测结果一阶频率/Hz 26.793 27.39 19.524 20.84二阶频率/Hz 26.957 28.45 20.306 21.26水平振动幅值/(mm·s-1) — 2.1 — 11.3竖直振动幅值/(mm·s-1) — 2.3 — 16.94 结论运用响应面优化方法对电机架的尺寸进行了设计，在诸多限制条件下，有效地提升了泵系统的固有频率，可见该方法的有效性。