文档介绍：振动分析概论及实例分析
PDWS
zhaodf
振动分析模型
激励
质量
刚度
阻尼
振动系统四要素
振动分类
自由振动
系统受到初始干扰后,在没有外界激励作用时所产生的振动
强迫振动
系统在外界激振作用下产生的振动
自激振动
系统在输入和输出之间具有反馈特性,并有能源补充产生的振动
参数振动
通过周期或随机地改变系统特性参数而实现的振动
汽车振动问题
Table 1. Bus MBS frequencies
汽车本身就是一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统。由于汽车内部各部分的固有频率不同,汽车在行驶中常因路面不平,车速和运动方向的变化,车轮、发动机和传动系统的不平衡,以及齿轮的冲击等各种外部和内部的激振作用而产生整车和局部的强烈振动。
振动导致后果
汽车动力性得不到发挥,经济性变坏。
影响通过性、操稳性和平顺性。
零部件疲劳破坏,汽车寿命缩短。
激励和响应
行驶中的车身受到多种激励。研究车身动态特性能有效地分析汽车的平顺性和车身的疲劳寿命。目的在于优化车身结构以控制车身的模态。车身结构模态频率应错开载荷激励频率。在频域内,外部激振源主要有两种:一是车轮不平衡激振,频率1~30Hz之间;二是发动机的怠速激振,频率在20~40Hz之间。
其中车轮激励频率取决于行驶速度,-1 <n<-1范围,对应常用车速范围30~120km/h,~,因此车身的第一阶固有频率应控制在25Hz以上。
为防止车身第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态的耦合效应,结构设计时希望上述二阶固有频率错开3Hz以上。
汽车各部分的激振频率分布
悬挂系统
座椅系统
人体脊柱
发动机悬置
轮胎车桥
车身扭转振动
车身弯曲振动
车身部件如:保险缸、
后视镜等板件
四缸发动机
二阶不平衡惯性力
发动机高阶不平衡惯性力、
燃烧噪声、齿轮工作噪声、
喷气噪声等引起的激励;
板壳与骨架零件、
承载件的强迫振动
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
10000
频率规划
整车频率匹配重点频率范围为10~80Hz(基本包括了路面激励和发动机怠速范围),此频带内集中存在了发动机刚体模态、悬架模态、车身总体模态、主要操纵结构的共振和一些平面的局部共振。匹配的原则是:从设计上保证上述模态不与发动机怠速(包括冷态怠速和热怠速以及可能的怠速提升)激励主阶次和车轮一阶不平衡激励频率重叠。目前不同级别的平台与发动机的配置已具有相对固定的规律,针对可能的发动机配置,可以准确的取得相应平台其激励频率可能的频带,兼顾结构设计上的可行性和成本及各部件的不同性能要求,在开发的早期就可以对各大总成(比如:车身总体模态、悬架系统、转向轴系统等)的固有频率取值范围进行匹配规划。
整车振动影响因素
汽车是由多个系统组成的复杂的振动系统,每个子系统都存在振动问题,对整车振动影响较大的主要有
发动机
传动系统
制动系统
转向系统
悬架系统
车身和车架
发动机和传动系统
汽车行驶时因道路不平,汽缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性变化的结果,都会使曲轴系统和发动机整机产生振动。其中,曲轴系统的扭转振动比较重要,且与整车传动系统有关。发动机和传动系统振动主要研究发动机在车架上的随机振动,及除曲轴和传动系统扭振以外的其他振动,如气门机构的振动等。发动机在车架上的整机振动会引起车身钣金件与车架相连的其他零件等产生振动和噪声,影响汽车的耐久性和舒适性。曲轴受周期性变化的干扰力作用,这种干扰力会使发动机和传动系统产生强烈的扭振。由于扭振引起的附加应力大大超过了工作应力,影响发动机和传动系的工作质量和寿命,产生噪声,造成严重的破坏。
制动系统
汽车在制动时,行驶方向的惯性力和作用在轮胎上的地面制动力所形成的力矩会使前轴负荷增大,后轴负荷减小,从而加强了制动时整车的振动。当汽车制动时,无论鼓式制动器,还是盘式制动器都会产生振动,并引起严重的噪声。不仅影响乘员的舒适性,还会严重污染城市环境,加速制动踏板、制动室支架、推杆总成等的疲劳破坏。制动振动还会引起汽车跑偏,产生蛇行现象而严重影响汽车制动稳定性。另外,制动器的振动还会使汽车的前轮、前悬架和转向系产生强烈振动,引起方向盘产生角振动,使驾驶员的手麻木。当制动盘厚度不均、表面摆差过大、不光滑时,都会引起制动时踏板的振动,而影响驾驶员工作。