论文导读：模态分析是通过测试结构的输入和输出响应。首先根据变速器的几何特征。4．结论：a. ODS分析方法可用来识别结构工作状态下的动态特性。
关键词：汽车，变速器，动态特性，分析

　　模态分析是通过测试结构的输入和输出响应，获得结构的频响函数，进而利用模态拟合法识别结构的模态参数，以建立结构系统的模态模型。所识别出的模态模型，可用于故障诊断、强迫响应预测、灵敏度分析或结构修改预测等等，使得该方法成为一种强有力的工具，深受工程界的重视。结构的频响函数测量必须在严格的规定和控制状态下进行，要求结构系统的所有输入和输出信号都被测量出来，且没有其它未知的力作用于系统。但在有些情况下，如实验设备费用太高，测量对象（样机）不允许长时间占用来做模态实验，或者找不到简单办法来隔离其它作用力，以求仅仅施加人为的、可测量的激振力等，无法实施完好的模态分析。免费论文参考网。
　　在上述情况下，可考虑在工作状态下测量结构系统的工作模态参数。工作模态的测量可在系统输入未知或者不可测的情况下，利用结构对环境激励所产生的动态响应频谱直接识别结构的模态参数。如果要获得结构在特定的工作状态下的某些主要工作频率点对应的结构各测点间的相对振动形态就必须使用工作振型（Operating Deflection Shapes,ODS）[1]测试方法。而这些工作频率一般取响应谱峰对应的频率，它们可能是结构本身的固有频率，或者是对应于激励力的峰值频率。严格地说，结构的ODS模态不同于结构的自由模态振型，但在一定的假设条件下可以近似反映结构模态特性。
　　1. 工作振型（ODS）的概念工作振型（ODS）与模态振型是完全不同的概念，ODS反映的只是在特定工况下，对于特定频率，各测量自由度之间的往复运动形态。利用位移/力的频响函数{H}为基础的模态模型，位移ODS{X}可用下式来描述：
　　（1—1）
　　其中，──测量点序号；
　　──特定的角频率；
　　──自由度激振力(输入)的线性谱；
　　──激振力总数。
　　工作振型与固有振型的区别有：
　　(1) 固有振型是系统本身固有的，只取决于系统本身的性质(质量、几何尺寸、弹性模量等)，与外激励无关；而工作振型不仅与结构本身性质有关(即与FRF性质有关)，还与外激励有关。ODS与每一个作用力的频率成份有关。如果在处的值为零，则对ODS没有任何贡献。
　　(2) 固有振型的值通常用无量纲形式表示，是具有“唯一性”的，在结构共振时，其上的某一点相对于另外一点的相对（运动）位移是唯一确定的；而工作振型随着施加于结构上的外载荷变化而变化，它的振型是与结构上外载荷唯一对应的；且有量纲，可以是位移、速度或加速度。
　　(3) 固有振型只适用于线性、稳态的结构系统分析；而工作振型可用于线性、稳态的结构系统分析也可以用于非线性、非稳态的结构系统分析。
　　(4) 固有振型总是对应系统的固有频率；而工作振型则对应任何给定的测量频率。
　　(5) 在结构的共振点()，ODS的值显著占优；而在作用力的谱峰频率点，ODS的值也显著占优。
　　2．工作振型(ODS)测量由于与激励有关，工作振型的测量成了一个难题。严格地说，要想获得准确的工作振型，所有测点的响应必须同时测量。实际上由于受到测量系统中采集通道数量的限制，往往无法同时测量所有的响应信号。为了从各态历经的稳态系统中获得ODS，工程中普遍使用一种行之有效的测量方法──传导函数法。由此引入了复传导率概念。将机器运转条件下结构上两个测量点的响应之比定义为复传递率：
　　 (1—2)
　　式中──相对ODS值 ；
　　──结构上某个测点的响应，即绝对ODS值；
　　──参考点的响应。
　　实际测量时通常选择一固定的响应点作为参考点，然后相对该参考点来分批依次测量所有响应，并由式(1—2)估计测量点与参考点之间的传导函数。由于每一测量点的复传递率均以同一点的振动响应为参考，不同测量周期的工况的微小变化所带来的影响基本可以被消除掉；同时由于采用了参考信号的相位作为所有信号的相位参考，也确保了不同相应信号之间固定的相位关系。获得了每一个测量点相对于参考点的复传导率，结构上各点的相对位置即可确定，由此可以获得结构在运转状态下的振型。
　　 　　因为参考点的测量信号参与到每个测量点的复传递率计算中，因此参考点的选择至关重要。通常将参考点选择在结构的振动敏感区内，同时为了保证测量精度，要求各测点与参考点之间在分析频率处具有良好的相干性，其他测点可根据需要选择在结构感兴趣的部位上。根据传导率和参考自功率谱的有效值可以求得所有测点的变形值：
　　 (1—3)
　　工况变形的振动参数可以为位移、速度或加速度。如果需要其他形式的信号，则可由如下公式换算得到：
　　 (1—4)
　　 (1—5)
　　工程中，由于加速度信号因受低频刚体运动影响较小，且加速度传感器的信噪比高、动态范围宽，因此一般选加速度信号进行分析。
　　3．工作振型(ODS)的应用变速器是汽车的重要部件，它的工作噪声是变速器质量优劣的重要标志之一，也是汽车总体噪声的重要来源。变速器是封闭式的箱体结构，其噪声中90％～95％的声能量是通过固体传导途径由箱壁振动而辐射到箱体外面的，变速器的箱壁表面振动情况与变速器工作噪声息息相关[4]。某型号汽车变速器各挡噪声普遍大于同系列其它型号汽车变速器对应各挡噪声。为找到降低该型号变速器工作噪声的方法，对变速器箱体的动态特性进行了研究。免费论文参考网。
　　3．1变速器的工作振型(ODS)测试分析
　　3．1．1传递函数矩阵测量及运行模态(ODS)计算
　　首先根据变速器的几何特征，合理简化，建立整机的运行模态分析几何模型。
　　运行模态测量时，可以测量频率响应函数(Frequency Response Function，FRF)也可以测量传递率(Transmissibi1ity)。本文采用的数据采集系统为Dataphysics公司的Signa1C1ac 430动态信号分析系统。测量时，变速器安装在测试台上，在一台4kw交流电机的驱动下正常运行，分别用两路加速度传感器采集壳体点的振动信号，选取通道1作为参考信号通道，在外壳上选取合适的测点作为参考信号点；选取连接通道2的传感器作为移动点信号，逐点测量壳体各测点处的振动加速度信号。加速度传感器(B＆K4384)信号经过电荷放大器(B＆K2635)进行放大调理一起送入Signa1C1ac 430动态信号分析系统。测量完成后，试验数据按照壳体测点编号顺序送入VibrantTechno1ogy．Inc．公司的运行模态分析软件Me’Scope进行后处理。经过计算，可得传递函数矩阵，再根据传递函数矩阵计算出各优势频率处的运行模态及模态参数。变速器工作振型(ODS)测试分析系统见图1。
　　3．1．2变速器的工作振型分析
　　我们比较关心变速器噪声优势频率下变速器的工作振型。免费论文参考网。以变速器V挡为例，从图2变速器V挡的噪声图谱可以看出：该挡噪声的优势频率为976Hz、1017 Hz、l520 Hz、2029 Hz。其它各挡的噪声谱与图2也有相同的特征。
　　图3给出的是优势频率为976Hz、1017Hz下变速器V挡的工作振型，从工作振型图中可以清楚的看出变速器各主要噪声辐射面的振动情况。以左侧面为例，从图中可以清楚看出变速器左侧面中间部分测点2附近的局部刚度薄弱，振动相对较强。图4给出的是变速器Ⅴ挡左侧面上测点2的振动速度频谱图、噪声测量点的噪声频谱图以及两者的相干函数曲线。从图4可看出该点的振动与噪声测量点的噪声在各优势频率处相干性都比较好，根据振动与噪声的关系，可确定测点2附近区域为变速器左侧面的主要噪声辐射区域。用同样的方法可以确定其它几个主要噪声辐射面的主要噪声辐射区域。
　　
　　 因此对于该型号变速器，可以提高变速器各主要噪声辐射面的主要噪声辐射区域的结构强度，从而降低各主要噪声辐射区域的噪声辐射强度，进而达到降低变速器整体噪声的目的。
　　4．结论：a. ODS分析方法可用来识别结构工作状态下的动态特性，也可用于主要振动源及噪声源的识别。
　　 b. 采用ODS方法对某型号变速器在模拟实际运行状态下的振动特性进行了分析，识别出了变速器在各挡位运转状态下的振动形态，并通过振动与噪声的相干关系找出了变速器各主要噪声辐射面的主要噪声辐射区域，为降低变速器的整体噪声提供了结构修改的初步依据。

参考文献
1李德葆.振动模态分析及应用[M].北京:宇航出版社,1999.
2李中付,宋汗文,华宏星等.基于环境激励的模态参数识别方法综述.振动工程学报,2000;13(S):578—585
3[澳]M P 诺顿.工业噪声和振动分析基础.北京:航空工业出版社,1993:113—154
4亓文果,宋孔杰,张慰波.齿轮箱类结构振动功率流分析.山东工业大学学报,2002,32(1):6—9
5Me’Scope VES Operating Manual, VibrantTechnology, Inc. 2001
6Mark H Richardson. Is it a mode shape, or anoperating deflection shape? Sound and Vibration, 1997;(1): 54—61