基于頻譜分析的汽車座椅水平調(diào)節(jié)電機(jī)手傳振動大的分析與改善

王渤昊

摘要：基于頻譜分析的方法研究了汽車座椅水平調(diào)節(jié)電機(jī)手傳振動大的問題。頻譜顯示手傳振動大為低頻200Hz以內(nèi)，同時(shí)具有明顯的周期沖擊信號。通過測試排除了轉(zhuǎn)子動不平衡量，零部件尺寸以及安裝等因素的影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)是由塑料芯套內(nèi)部筋位過長，導(dǎo)致接觸面不平，從而引起周期性的撞擊。通過改模芯套筋位減短1mm，在時(shí)域信號和時(shí)頻圖（彩圖）中周期性的撞擊信號都消失，電機(jī)手傳振動減小。該研究成果可為電機(jī)手傳振動控制和提高汽車座椅舒適性提供參考價(jià)值。

Abstract： Based on the method of frequency spectrum analysis， the problem of large hand-transmitted vibration of motor of automobile seats for level self-adjustment is studied. The frequency spectrum shows that the hand-transmitted vibration is less than 200Hz， and has obvious periodic impact signal. The influence of rotor dynamic unbalance， component size and installation was eliminated. It was found that the internal rib of the plastic sleeve was too long， resulting in bad parallelism of contact surface， which caused periodic impact. By modifying the internal rib of sleeve to shorten by 1mm， the periodic impact signal in the time domain signal and time-frequency diagram （color diagram） disappears， and the hand-transmitted vibration of motor decreases. The research results can provide reference value for the control of motor vibration and the improvement of automobile seat comfort.

關(guān)鍵詞：頻譜分析;電機(jī);手傳振動;周期性沖擊信號

Key words： ?frequency spectrum analysis;motor;hand-transmitted vibration;periodic impact signal

0 ?引言

隨著生活水平的提高，人們對乘用汽車的舒適性有了更高的要求。永磁有刷直流電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉和能量轉(zhuǎn)化率較高，被廣泛應(yīng)用到汽車子系統(tǒng)中，尤其為座椅系統(tǒng)提供動力。

本文以汽車座椅水平調(diào)節(jié)電機(jī)為研究對象，通過頻譜分析，結(jié)合試驗(yàn)找到了電機(jī)手傳振動大的根源，提出改善方案，解決了手傳振動大的問題。研究成果可為電機(jī)的設(shè)計(jì)及其對電機(jī)手傳振動控制，減小汽車座椅的振動，提高其舒適性提供參考價(jià)值。

1 ?問題描述

該款電機(jī)為4極10槽，兩端通過軟軸連接在汽車座椅滑軌上，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動滑軌水平運(yùn)動。電機(jī)在轉(zhuǎn)動時(shí)，手握電機(jī)，手傳振動過大。對其進(jìn)行振動測試，將3向加速度傳感器粘貼在電機(jī)表面（X方向?yàn)殡姍C(jī)軸的方向，Y為電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向，Z為垂直于外殼的方向），用B&K Pulse設(shè)備采集振動數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為10秒，如圖1所示。

電機(jī)振動包含機(jī)械振動和電磁振動，機(jī)械振動頻率較低，而電磁振動頻率很高[1-3]。手往往對于1000Hz以內(nèi)的低頻信號比較敏感，為了更好的分析手傳振動的信號，采用GB/Z189.9-2007《工作場所物理因素測量 第9部分：手傳振動》（國際標(biāo)準(zhǔn)為ISO5349-86）[4，5]對其進(jìn)行wh頻率計(jì)權(quán)處理，計(jì)算公式如下：

式中：ah為計(jì)權(quán)加速度，m/s2;為加速度，m/s2;wh為頻率計(jì)權(quán)系數(shù)。

取采集數(shù)據(jù)的其中1秒（第2到3秒）為研究對象，3個(gè)方向的振動加速度時(shí)域信號和時(shí)頻域的信號，如圖2所示。從時(shí)頻圖（彩圖）可以看出：振動大的頻率范圍為低頻200Hz以內(nèi)，同時(shí)振動具有明顯的周期性。從時(shí)域信號中看出：3個(gè)方向都具有周期性的沖擊信號，尤其Y方向（旋轉(zhuǎn)方向）最明顯。

2 ?原因調(diào)查與分析

電機(jī)手傳振動大的原因一般有以下幾種：第1種是轉(zhuǎn)子動不平衡大引起的;第2種是支撐轉(zhuǎn)子的兩端軸承同心度或者軸承的圓度過大;第3種是就是軸承與轉(zhuǎn)子的接觸面不平[6-9]。

首先分析第1個(gè)因子：轉(zhuǎn)子動不平衡量。取OK和NG各5個(gè)樣品，拆解電機(jī)后，采用雙面平衡法用動態(tài)平衡儀測試轉(zhuǎn)子前后轉(zhuǎn)子兩端（A端和B端）的動不平衡量，結(jié)果如表1所示。

通過對比可以看出：OK和NG樣品的轉(zhuǎn)子動不平衡量處于同一水平，也即轉(zhuǎn)子動不平衡量并不是引起手傳振動大的重要因子。

測量零件的垂直度、平行度、圓度等尺寸，都在圖紙要求的公差范圍內(nèi)，可以排除兩端軸承同心度以及圓度的影響。

最后分析轉(zhuǎn)子接觸面問題。在共聚焦顯微鏡下觀察，看到芯套（紅色圓圈內(nèi)）表面有擠出料，如圖3所示。原因?yàn)樾咎自趬貉b時(shí)，由于筋位和轉(zhuǎn)子軸采用過盈配合而有材料堆積，且塑料芯套內(nèi)部的4條筋過長，超過了芯套與軸承的接觸面，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于芯套與軸承端面接觸不穩(wěn)定，從而引起周期性的撞擊。

3 ?改進(jìn)方案與驗(yàn)證

采取的改進(jìn)方案如下：對芯套的4條筋長度減短1mm，如圖5所示。

制作20個(gè)改進(jìn)方案的樣品，同樣對其進(jìn)行振動測試，振動加速度的時(shí)域信號和時(shí)頻域信號，如圖6所示。從圖中可以看出：周期性的撞擊信號已經(jīng)消失。同時(shí)發(fā)現(xiàn)通電后，電機(jī)轉(zhuǎn)動平順，手感振動很小，則電機(jī)手傳振動大問題得到了解決，且電機(jī)安裝到座椅上，運(yùn)行平穩(wěn)。

4 ?結(jié)論

本文基于頻譜分析的方法分析了汽車座椅水平調(diào)節(jié)電機(jī)手傳振動大的問題。通過測試排除了轉(zhuǎn)子動不平衡量，零部件尺寸以及安裝等因素。最終發(fā)現(xiàn)塑料芯套內(nèi)部筋位過長，導(dǎo)致接觸面不平，從而引起周期性的撞擊。通過改模芯套，筋位減短1mm，在時(shí)域信號和時(shí)頻圖（彩圖）周期性的撞擊信號消失，手傳振動很小，且電機(jī)安裝到座椅上，水平滑軌運(yùn)行平穩(wěn)，提高了汽車座椅的舒適性。

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