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NVH基礎(chǔ)知識: 基于FFT分析的階次說明
階次表示一轉(zhuǎn)發(fā)生多少次，階次數(shù)與選取的參考轉(zhuǎn)速有關(guān)系。階次分析在旋轉(zhuǎn)機(jī)械如發(fā)動機(jī)、變速箱、電機(jī)中使用廣泛。
圖1. 階次
在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動噪聲Colormap分析中，可明顯看到階次特征。追蹤時間分析中，階次線與轉(zhuǎn)速上升的速率有關(guān)，階次線斜率隨轉(zhuǎn)速的變化有一定的波動變化。在追蹤轉(zhuǎn)速分析中，轉(zhuǎn)速及頻率都是等間隔的，階次線均為直線。
圖2. 追蹤時間和轉(zhuǎn)速的colormap分析
1. 階次線號
在追蹤轉(zhuǎn)速的colormap分析中，對于選定點，通過其對應(yīng)頻率與轉(zhuǎn)頻確定該點所在的階次。
圖3. 階次定義
2. 階次切片
在傳動系統(tǒng)中，傳動部件的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速存在對應(yīng)的比例關(guān)系，該系數(shù)取決于驅(qū)動形式以及傳動比。在嚙合傳動中，齒輪嚙合所產(chǎn)生的激勵是產(chǎn)生振動噪聲的重要來源之一，而階次分析能將激勵定位到嚙合關(guān)系中，因此常用階次切片能量去評價對應(yīng)激勵對該點振動噪聲的影響。
在轉(zhuǎn)速上升的過程中，信號是非穩(wěn)定的，因此階次對應(yīng)的能量分布在階次頻率附近。計算階次能量時需計算一定頻率范圍內(nèi)的能量而非單個頻率的能量。
圖4. 轉(zhuǎn)速上升工況等時間采樣結(jié)果
計算階次切片時，頻率范圍中心對應(yīng)階次頻率，頻率等寬的分布在兩側(cè)。PAK支持百分比和譜線數(shù)兩種方式計算階次。
圖5.頻譜圖中的階次帶寬
1）譜線數(shù)法
對與譜線數(shù)法，設(shè)置單邊譜線個數(shù)，所計算的頻率范圍與分辨率有關(guān)。
其中
為單邊譜線數(shù)，
為頻率分辨率。整個切片的頻率寬度一致。
2）百分比法
使用百分比法計算階次時，頻率寬度等于轉(zhuǎn)頻乘上階次數(shù)，再乘上百分比
其中
為轉(zhuǎn)頻，
為階次號，為單邊帶寬比例。
同一階次，高轉(zhuǎn)速階次頻率帶寬大于低轉(zhuǎn)速。
同一轉(zhuǎn)速，高階次階次頻率帶寬大于低階次。
為保持每個階次寬度一致，則需根據(jù)階次號調(diào)整百分比，如下表。
表1 百分比法階次設(shè)置
3. 如何選擇階次寬度
階次寬度的選擇的原則是把所關(guān)心階次的能量包含進(jìn)來，主要與FFT分析參數(shù)設(shè)置、轉(zhuǎn)速變化速率及階次數(shù)相關(guān)。具體分析如下：
基于FFT計算的階次受以下因素影響：
FFT分析參數(shù)
階次切片計算數(shù)據(jù)來源于頻譜，F(xiàn)FT的加窗類型和Block長度會影響頻譜幅值，進(jìn)而影響切片幅值。建議選擇Hanning窗，Block長度根據(jù)實際情況調(diào)整。
計算的階次
相同轉(zhuǎn)速下，不同階次頻率變化范圍不一樣，階次大的頻率變化大，需要大的寬度。
轉(zhuǎn)速變化速率
對于轉(zhuǎn)速變化速率，直接影響階次頻率變化。
表2. 階次頻率變化速率
對于階次寬度，重要的是把階次能量包含進(jìn)來，就要求階次對應(yīng)的頻率寬度不小于2倍的階次頻率變化。
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