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NVH基础知识: 基于FFT分析的阶次说明

吕老师

6月前浏览9204

摘要

正文

阶次表示一转发生多少次，阶次数与选取的参考转速有关系。阶次分析在旋转机械如发动机、变速箱、电机中使用广泛。

图1. 阶次

在旋转机械振动噪声Colormap分析中，可明显看到阶次特征。追踪时间分析中，阶次线与转速上升的速率有关，阶次线斜率随转速的变化有一定的波动变化。在追踪转速分析中，转速及频率都是等间隔的，阶次线均为直线。

图2. 追踪时间和转速的colormap分析

1. 阶次线号

在追踪转速的colormap分析中，对于选定点，通过其对应频率与转频确定该点所在的阶次。

图3. 阶次定义

2. 阶次切片

在传动系统中，传动部件的转速与发动机转速或驱动电机转速存在对应的比例关系，该系数取决于驱动形式以及传动比。在啮合传动中，齿轮啮合所产生的激励是产生振动噪声的重要来源之一，而阶次分析能将激励定位到啮合关系中，因此常用阶次切片能量去评价对应激励对该点振动噪声的影响。

在转速上升的过程中，信号是非稳定的，因此阶次对应的能量分布在阶次频率附近。计算阶次能量时需计算一定频率范围内的能量而非单个频率的能量。

图4. 转速上升工况等时间采样结果

计算阶次切片时，频率范围中心对应阶次频率，频率等宽的分布在两侧。PAK支持百分比和谱线数两种方式计算阶次。

图5.频谱图中的阶次带宽

1）谱线数法

对与谱线数法，设置单边谱线个数，所计算的频率范围与分辨率有关。

其中

为单边谱线数，

为频率分辨率。整个切片的频率宽度一致。

2）百分比法

使用百分比法计算阶次时，频率宽度等于转频乘上阶次数，再乘上百分比

其中

为转频，

为阶次号，

为单边带宽比例。

同一阶次，高转速阶次频率带宽大于低转速。

同一转速，高阶次阶次频率带宽大于低阶次。

为保持每个阶次宽度一致，则需根据阶次号调整百分比，如下表。

表1 百分比法阶次设置

阶次总宽度(阶)	2阶	4阶	6阶
0.2	5%	2.5%	1.67%
0.5	12.5%	6.25%	4.16%

3. 如何选择阶次宽度

阶次宽度的选择的原则是把所关心阶次的能量包含进来，主要与FFT分析参数设置、转速变化速率及阶次数相关。具体分析如下：

基于FFT计算的阶次受以下因素影响：

FFT分析参数

阶次切片计算数据来源于频谱，FFT的加窗类型和Block长度会影响频谱幅值，进而影响切片幅值。建议选择Hanning窗，Block长度根据实际情况调整。

计算的阶次

相同转速下，不同阶次频率变化范围不一样，阶次大的频率变化大，需要大的宽度。

转速变化速率

对于转速变化速率，直接影响阶次频率变化。

表2. 阶次频率变化速率

转速速率	2阶	4阶	6阶
60rpm	2Hz/s	4Hz/s	6Hz/s
120 rpm	4Hz/s	8Hz/s	12Hz/s

对于阶次宽度，重要的是把阶次能量包含进来，就要求阶次对应的频率宽度不小于2倍的阶次频率变化。

来源：汽车NVH云讲堂

振动旋转机械电机传动 NVH

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首次发布时间：2024-05-23