本文以齿轮为例，对多种形式的力激励进行比较，旨在确定机械系统的传递导纳。其目标是分析和评估技术结构（如电动汽车传动系统）在高频范围内的声学特性。实验表明，采用宽带压电激励时，收集到的测量结果一致性更高，尤其是在高频段。

01技术现状 

随着电动汽车中电驱动系统使用的增加，对整个传动系统的声学特性提出了新要求。传统的内燃机产生的噪声级相对较高，能够掩盖某些干扰噪声，比如 “变速箱啸叫声”。但这种内燃机的 “听觉掩蔽” 效应在电驱动系统中并不存在，使得高频段的噪声问题更为突出。因此，当前的研发工作主要集中在优化这些声学特性上。 

弗劳恩霍夫界面工程与生物技术研究所（Fraunhofer IWU）使用 “网络模型” 描述传动系统各部件的传递响应。这种方法的基础是通过频率相关的传递函数来描述单个部件，例如齿轮。这需要对部件进行谐波力激励，并使用三维扫描式激光测振仪来测量结构响应。 

在感兴趣的频率范围（高达 20kHz）内进行力激励，对现有激励技术来说是一个挑战，尤其是大型结构的激励。电动振动台或脉冲锤是目前常用的设备。然而，施加的力往往不够大，无法获得一致的测量结果（幅值和相位），在较高频率（>5kHz）时尤为明显。本文介绍了一种使用压电模态激励器（dm2）进行宽带力激励的方法，并将其与传统激励器（Brüel&Kjær 4810）进行对比。

图 1：测量装置

02测量装置 

在自由-自由边界条件下对两种振动台进行比较，将各自的激励器和测试对象通过弹簧和弹性去耦元件悬挂在机架上。振动台与测试对象之间的刚性连接通过力传感器（Brüel&Kjær，8203 型）实现。图 1 展示了带有压电振动台dm 2的测试装置。 

系统响应通过 Polytec公司的PSV-3D 扫描式激光测振仪来获取。激励信号采用周期啁啾信号，指定的激励和评估频率范围为 3.5~16kHz（带宽20kHz，12800 条FFT线）。

测量结果

图 2 展示了与力作用点径向相对的各个测量点的传递导纳对比（见图 1）。固有频率（用红色标记）是在之前使用自动脉冲锤进行的试验模态分析中确定的。此外，图 2 下方的图表展示了相关的相干函数曲线。

图 2：选定测点的结果对比。上图：传递导纳；下图：相关相干函数曲线

可以明显看出，B&K 4810 振动台在约 7kHz 以上能够施加到系统的能量不足，无法获得令人满意的信噪比，从 7kHz 起传递导纳曲线中的相干性以及明显可辨的噪声水平就能说明这一点。使用 dm 2 时，它适用于在高频范围内采集系统响应。由于输入能量显著更高，能够清晰地采集传递函数，图 3 中相位频率响应的对比也说明了这一点。

图 3：重要测点的相位频率响应对比

03重要总结 

本文对多种力激励器进行了比较，以测量齿轮的传递导纳。目的是在高频范围内找到合适的激励方法，以便基于测量获得的传递函数来描述技术结构的声学特性。结果表明，宽带压电激励能获得更一致的测量结果，尤其是在高频段。 

后续工作将包括研究力激励器的连接方式，并将频率范围扩展至更低频率。此外，未来的工作重点将是在高频范围内获取转动自由度信息。