基于频域法的电动机振动疲劳分析

刘莹 于显峰 苏阳 杨涛 乔鑫

（华晨汽车工程研究院）

近年来节能减排，发展清洁能源成为国家重要发展战略之一，其中电动汽车是我国汽车工业未来发展的趋势。电动机作为电动汽车的核心部件之一，其性能成为衡量电动汽车质量的重要指标。近些年关于电动机的疲劳分析研究方向主要集中在静态工况下的强度分析，以及静力作用下单轴疲劳分析，随机振动情况下的疲劳分析较少。电动汽车正常行驶时，受到路面和发动机对其作用的随机激励，导致电动机在车辆行驶过程中发生随机振动，为了考察电动机在这种随机振动下的疲劳耐久性能，有必要对其进行疲劳仿真分析。文章通过功率谱密度（PSD）方法，分析了模型状态、阻尼及PSD耦合对电动机振动疲劳的影响，为电动机前期设计提供了可借鉴的分析方法。

1 振动疲劳分析

在结构的疲劳可靠性分析方法中，主要有基于统计计数的时域分析方法和基于PSD的频域分析方法。频域分析方法是根据系统的外部激励，通过动态仿真和有限元分析求得结构内部的应力响应PSD函数，利用PSD可以求得结构危险点位置的疲劳累积损伤和疲劳寿命。

随机信号的PSD是其自相关函数的傅里叶变换[1]，如式（1）所示。

式中：Sx（f）——自PSD函数，表征着能量按频率分布的情况；

f——频率，Hz；

Rx（τ）——自相关函数；

τ——时间，s；

x——采集信号通道号；

j——虚数。

信号的PSD表征了其能量按频率分布的情况，本次分析采用频域法，用PSD作为输入载荷，将电动机动态模型结构模拟成一个线性结构以计算其疲劳损伤值。……