冰箱侧壁振动传递路径分析试验研究吴跃卿;张占一;周永才【摘要】A certain refrigerator with large vibration, In order to clear the source and its main transmission path, the vibration transmission path analysis method is used for testing and analysis. This paper introduces the principle of frequency domain transfer path analysis and measurement method of transfer function and incentive force, The results of the test found the exciting source and transmission path which contributed most to the vibration of the side wall of the refrigerator. Vibration reduction of the side wall of refrigerator after improving the design of refrigerator floor according to the analysis results, verified the reliability analysis method of transfer path analysis of vibration source identification and contribution.%某型冰箱振动较大,为明确振源及其主要传递路径,采用振动传递路径分析方法进行测试分析,本文介绍频域法传递路径分析的原理和传递函数及激励力的测量方法,试验结果找到了对冰箱侧壁振动贡献最大的激励源和传递路径,根据分析结果对冰箱底板改进设计后冰箱侧壁振动降低,验证了传递路径分析方法对振动源识别和贡献分析的可靠性.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2018(038)0z1【总页数】4页(P449-452)【关键词】振动与波;传递路径分析;传递函数;试验【作者】吴跃卿;张占一;周永才【作者单位】北京东方振动和噪声技术研究所,北京,100085;北京东方振动和噪声技术研究所,北京,100085;北京东方振动和噪声技术研究所,北京,100085【正文语种】中文【中图分类】TB535;TB657.4由于机械结构的振动噪声对环境和人体的影响，减振降噪成为各行业重要的研究课题。
传递路径分析（Transfer Path Analysis，TPA）是一种基于试验的振动与噪声分析方法，它可以用于解决任何“振动源-传递路径-接受者”的振动噪声问题[1]。
通常机械结构比较复杂，振动噪声是由不同的激励源通过不同路径到达目标点后叠加而成的，通过TPA分析可以得到各路径的贡献量，找到主要的振动噪声传递路径，从而确定主要的激励源，针对主要路径采取改进措施，可以达到减振降噪的目的[2]。
TPA分析方法主要分为频域TPA和时域TPA两种，频域方法适用于稳态信号，时域分析方法适用于瞬态信号的详细分析。
冰箱作为家用产品，其振动噪声直接影响着人的舒适感，是冰箱品质的重要评价指标。
根据冰箱工作时振动噪声信号运行平稳的特点，本文采用频域法TPA对冰箱进行振动传递路径分析，找到振动的主要传递路径，从而为减振降噪提供试验依据。
1 频域法传递路径分析原理机械结构通常是一个复杂的振动噪声系统，各子系统的振动噪声能量通过多个离散的联结部件向目标点传递，目标点对传递来的能量做出振动噪声响应。
假设结构受p个激励力作用，每个激励力分量都对应着q个特定的传递路径，那么激励力分量和对应的某个传递路径就产生一个系统响应分量，以某目标点的声压或者振动为系统响应，在线性系统的假设基础上，该系统公式表示为其中为频响函数矩阵为激励力，是响应。
由式(1)可以看出TPA分析需要做的工作为频响函数测量和激励载荷识别[3]。
频响函数的测量，在各个传递路径的源头进行单点激励，测量响应点的响应，则可建立频响函数矩阵。
通常要求响应点的数量大于激励点的数量。
激励源可以是声音或者振动，对声音，激励信号为可变体积声源，采用窄带噪声激励或单极点。
对振动，可用力锤激励或者激振器激励。
测量得到稳态响应后，通过矩阵求逆法，则可得到激励载荷，其最小二乘解为知道了每一次的力谱和频响函数矩阵，可计算出各个激励源对响应的贡献为，根据各个激励源和路径对目标点振动噪声的贡献量[4]，则可针对性的进行改进，达到减振降噪的目的。
2 TPA测试技术2.1 测试设备试验采用北京东方振动和噪声技术研究所研制的INV3062V型24位智能信号采集仪、INV9312中力锤、INV9822ICP型加速度传感器，软件为东方所TPA测试分析软件，参数见表1，测试系统连接图如图1所示。
2.2 试验方法冰箱正常工作时振动信号保持稳定，因此使用频域法进行测试。
第1步：建立频响函数矩阵[5]，在冰箱各个传递路径的源头使用力锤进行单点激励，测量多个点的响应。
图1 测试系统连接图冰箱共有压缩机、排气管和风扇3个部件可能向外输出振动，如图2所示，则有3个振源，每个振源在直角坐标系内的振动为矢量，可以分解为XYZ 3个方向，每个方向作为一个单独的激励源，则共有9个激励源向外输出振动，使用力锤进行单点激励共需要激励9个点。
图2 冰箱测点示意图响应点共15个，冰箱侧壁、后壁的中心位置为目标点，如图2所示，各激励点旁边为参考点。
第2步：测量稳态响应，即冰箱稳定工作状态下各响应点的加速度，响应点共15个，即激励点旁边、冰箱侧壁、后壁的中心位置，响应点数量应大于激励点的数量。
第3步：进行传递函数计算，稳态振动响应分析，以便进行传递路径分析，如图3、图4所示。
表1 采集设备参数表1 2 3采集分析软件信号采集仪传感器DASPV11工程版采集分析软件TPA传递路径分析软件INV3062V信号采集仪INV9832加速度传感器INV9312弹性力锤信号示波采样、基本信号分析全部功能（含壹套软件授权）用于确定主要的能量传递路径；确定是否存在未知的激励源。
可确定各个激励源对噪声/振动的贡献比例。
含有频域方法（用于稳态信号分析）和时域方法（用于瞬态的信号分析）。
16通道全并行采样，24位AD，每通道52kHz采样率，电压AC、DC，ICP输入模式，程控放大，程控滤波1～10KHz,100mV/g,ICP,量程 50g,三轴小力锤1只/5000N力传感器1 1 1 5 1图3 激励信号及响应信号时域波形图图4 稳态响应信号频谱分析示意图3 振动传递路径分析数据采集完成，使用频域法进行传递路径分析，观察目标响应曲线与合成曲线的一致性，在主要振动频率处应一致，通过主频率处各分量的贡献量大小确定振动的主要来源，从而采取相应措施进行减振降噪。
压缩机响应点振动主频为50 Hz，如图5为冰箱侧壁X向传递路径分析矢量图，在主频处实际测量值为-76.5 dB，合成值为-75.5 dB，一致性较好，说明试验结果可靠，没有丢失振源。
图中表格给出各路径贡献量的大小，通过直方图和矢量图可直观了解到各传递途径贡献量的大小和相位。
由分析结果图5、图6可知压缩机到目标点的路径S1对X向振动量贡献最大，S2次之，即压缩机在X向和Y向对侧壁振动贡献最大。
根据试验数据对冰箱减振降噪可以从压缩机及其相连部件着手，可以选择质量好的压缩机，更换减振效果好的减振器，研究相连部件的动力学特性以改进设计等。
试验结果表明，通过更改冰箱底板的结构形式，改变其动力学特性参数后，冰箱侧壁的振动减小了50%。
4 结语振动噪声问题日益成为产品设计的重要关注方向，传递路径分析是解决该问题的一种重要方法。
本文介绍了频域法传递路径分析（TPA）的原理、传递函数和激励力的测量方法，并以冰箱为例进行了应用，能够得到各路径的振动贡献量，得到主要的激励源和传递路径，从而为产品改进设计指明方向。
试验结果表明TPA分析方法具有准确、可靠的特点，在机械振动故障诊断，优化产品设计中有广阔的应用。
[1]张磊，杨跃云，等.双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析[J].振动与冲击，2012，31（20）：12-16.图5 冰箱侧壁响应点X向振动传递路径矢量图图6 冰箱侧壁响应点X向振动传递路径位图[2]郭荣，等.频域传递路径分析方法（TPA）的研究进展[J].振动与冲击，2013，32（13）：49-55.[3]龙岩.基于改进传递路径分析方法的动力总成悬置系统优化设计[D]吉林：吉林工业大学,2010.[4]伍先俊，吕亚东，隋富生.工况传递路径分析法原理及其应用[J].噪声与振动控制，2014，34(1)：28-31.[5]J M LIU,W D ZHU,M YING,et al,Fast precise algorithm ofcomputing FRF by considering initial response[C],ProceedingoftheSEM IMAC XXXI Conference,2013【相关文献】[1]张磊，杨跃云，等.双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析[J].振动与冲击，2012，31（20）：12-16.[2]郭荣，等.频域传递路径分析方法（TPA）的研究进展[J].振动与冲击，2013，32（13）：49-55.[3]龙岩.基于改进传递路径分析方法的动力总成悬置系统优化设计[D]吉林：吉林工业大学,2010.[4]伍先俊，吕亚东，隋富生.工况传递路径分析法原理及其应用[J].噪声与振动控制，2014，34(1)：28-31.[5]J M LIU,W D ZHU,M YING,et al,Fast precise algorithm ofcomputing FRF by considering initial response[C],ProceedingoftheSEM IMAC XXXI Conference,2013。