发动机激励的整车振动

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1、发动机激励的整车振动MotorerregteFahrzeugschwingungen车辆行驶在平坦的路面上或怠速运转时，只有发动机本身是激振振源.在发动机中，准确地说是在往复活塞式发动机中，由于反复做上下运动的活塞和燃烧过程，产生了附加カ和扭矩，它们通过动カ总成悬置(主要是橡胶元件)激发汽车底盘的振动。由此产生的振动和噪声将对车箱内乘员产生不利影响。下面首先介绍激振源和激励振动的成因，接着是激励振动的影响，最后讲述连接作用在发动机和底盘之间的动カ总成悬置，见图1.1。作用在发动机上的主要激振カ为Fz和围绕曲轴中心线的カ矩Mx,有时也存在垂直方向的激振カ矩My

2、,但是激振力Fx和Fy以及激振カ矩Mz根本不存在或很少发生。如图所示，X轴与曲轴中心线相同，对于发动机纵向布置在整车上的车辆来说，该轴与车辆的纵轴方向一致。对大多数的前轮驱动车辆来说，X轴相当于车辆的横轴。对发动机来说，Z轴方向与直列发动机的汽缸中心线相一致，与V型发动机汽缸中心线角分线相一致。当发动机斜置时，发动机的Z轴与车辆的Z轴不一致.1发动机激励可分为惯性和燃焼激励。下面先介绍单缸机，然后介绍多缸机.1.单缸发动机激励1.1.曲柄机构运动见图1.2a,对于曲柄机构的运动，可以用连杆大头长度丨和曲柄半径r(冲程s=2r)建立曲轴转角a和活塞行程Sk的运

3、动关系式：+/cosprcosa=/+r.角a和p之间的关系可由距离BD=lsinp=rsina,再将下式代入其中：smB=y/l-cos2^=Apsinacos芦=y/-4sin2aスp=r/l这样可以得到：(1.1)Jjc=r(l-cosa)+/1—Vl-碎Sin2a代入连杆比Xp=r/1,展开平方根后可得：yj1-；^sin2a«1-l/2(APsina)2-l/8(^Psinot)4-l/16(2Psina)6忽略4阶以上的各项，活塞行程可以由下式描述：•5k=K1-cos〇{+y•sin2a)=rI1+—-cosa——-cos2a-(1.2)假如

4、曲轴角速度co为常数，曲轴转角a将与时间成正比，则有:对式(1.2)求导，可得到活塞速度方程式:cc=cot,(1.3)19-(1.4)99a.曲柄机构运动b.曲柄机构受カ分析图1.2发动机曲柄机构运动和受カ分析图1.3给出了连杆无限长ap=0)时和有限长（冲=0.3)时的活塞行程，速度及加速度.9Jr/-s^uaql-.zaq3J/-41-6【PUIMtps-23J-sDun'-ial43saq■-uaql-.zaq-uaq一5-zaq〇•180°360-图1.3.活塞运动与曲轴转角1.2•惯性力惯性カFz等于质量ms乘以（1.4)式中的加速度,作用在动カ

5、总成悬置上。惯性カ中的质量ms包括活塞质量，活塞环和活塞销质量，1/3〜1/4的连杆质量.9ニ:：::::ニ^种激励频率激发发动机振动，其一为ー阶振动频率1*w和ニ阶振动频率1.3.惯性カ矩9除了惯性カ之外，还有ー个惯性カ矩Mx,由图1.2b,惯性カFz可分解为作用在连杆上的分力S和垂直作用在气缸壁上的分力Fn:S~Fz/cosp=Fz/yl—Apsin2a,Fn=Fztan=Fz^.psina/yj1—Apsin^a9一般可将作用在连杆上的分力S分解成作用在曲轴上点B的两个分力，即ー个径向分力和ー个垂直切向分力T。分力T产生的惯性カ矩71=Ssin(a+ガ

6、）=ぺsin(a+芦)/cos芦可近似为：tan0»sin0=IpsinaT=Fz(sina+—sin2a)=—(1•◦ノMx=T*r(參见图1.2b)。则有：上述惯性カ矩也可用FN*k表示。这两个惯性カ矩形成的力偶将使发动机朝与发动机旋转方向相反的方向倾倒。将式(1.5)中的惯性カFz代入到式(1.6)中，可以得到惯性カ矩Mxm(添加的符号m表示质量)新的表达式。9(1.7)9在表1.1中，第二栏给出了单缸机不同阶的幅值。由此，惯性カ矩Mxm的数值大小也和惯性カー样，由往复运动质量ms,曲轴曲柄半径r,连杆比Xp和曲轴的角速度平方或者发动机转速的平方确定.

7、与Fz不一样的是，还产生了3阶和4阶惯性カ矩。例，1.4燃烧カ矩在燃烧过程中缸内产生ー个作用于活塞上的力，该カ等于燃烧压カPzyl乘以活塞面积Ak,它对外没有影响，因为只直接作用在缸盖上，因而可有下式：Fzg=0(1.8)(Fzg中附加的符号g含义为气体）燃烧カ矩--只来源于燃烧气体压力，作用在燃焼室中并最终作用在动カ总成悬置上。根据式(1.6),该カ矩为：(1.9)惯性カ和惯性カ矩的周期都是360〇曲轴转角，燃焼压カ则不同，其周期与发动机冲程形式有关，两冲程发动机的周期为360〇曲轴转角，四冲程发动机的周期为720〇曲轴转角。对四冲程发动机，一般常将周期定

8、为1转，也就是360〇曲轴转角，因此产生了半阶振动频