环境激励下金属带式无级变速传动系统的试验模态研究

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1、第39卷第4期机械工程学报Vol.39No.42003年4月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2003环境激励下金属带式无级变速*传动系统的试验模态研究杨为冯培恩(浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310027)秦大同(重庆大学)摘要针对金属带式无级变速传动结构紧凑的特点对环境激励下试验模态的原理和方法进行了深入系统的研究在车辆传动试验台上采集了运行状态下金属带式无级变速传动系统的加速度响应信号用此信息识别了传动系统的固有频率及阻尼比解决了常规试验模态分析方法不能解决的问题研究内容和结果有助于对金属带式无级变速传动系统进行动态

2、优化设计提高传动系统的承载能力并可对系统动力响应及疲劳寿命进行分析和预估以减振降噪提高汽车的乘座舒适性关键词汽车金属带无级变速传动模态分析随机振动中图分类号TH132*1理论分析0前言现场运行结构的状态(包括边界条件)最符合实环境激励测试方法是利用机械结构在运行过程际情况而传统的模态识别方法的特点是同时利用中测点的响应信号对机械结构进行动态特性研究[3]激励和响应信号进行参数识别这些方法已在桥梁其数学原理如下和汽车等和结构动态分析相关的领域中得到了广泛机械结构上任一点i的动态响应xi(jω)可用k应用但在应用中还有一些局限因为该方法必须点的激励力Fk(jω)和机械系统的传递函数

3、hik(jω)同时测得激励信号(单点或多点)和响应数据以便求表示其表达式为得频率响应函数(或它的傅里叶逆变换或脉冲响应mxi(jω)=∑hik(jω)Fk(jω)(1)函数)并根据所测得的频率响应函数进行模态参数k=1识别在对运行状态进行模态试验时其输入载荷往式中m机械结构的激励点数[1,2]往无法直接测量给常规模态试验带来挑战在机械结构的响应xi(jω)可测激励力金属带式无级变速传动系统的结构紧凑在运F(jω)不可测的前提下精确获得结构动态特性的k行过程中进行试验模态研究时不便于用锤击法对数学原理如下机械构件施力且变速箱与地基刚性联接施加的在机械结构中取一固定参考点p则p点的

4、响力可能不能激励起机械结构的模态而用激振器激应x(jω)也可用式(1)表示定义如下比值(可直接p振时机械结构处于运行状态下导致了用设备激测试得到)为传递率振比较困难关于环境激励下金属带式无级变速传x(jω)i动的试验模态研究目前还未见相关的参考文献报ai(jω)=(2)xp(jω)道因此开展该方面的研究工作有着重要的理论意义及实用价值i遍及机械结构上的所有测点通过每次所测试的响应对(xi(jω)xp(jω))可得到相对于测点i的动态特性曲线ai(jω)由机械结构的响应谱xi(jω)图确定一些有代表意义的频率点ωi则序列∗国家自然科学基金资助项目(59835160)2002011

5、9收到初稿20020910收到修改稿ai(jω)(i=1,2,L)定义为结构相应频率ωi下的环境72机械工程学报第39卷第4期期激励测试传递率率而有些响应谱峰的频率点尽管不是结构的模态(1)假设机械结构所受的环境激励力为平稳随频率却有可能是对应于机械结构激励力谱峰的频机过程作为特例可进一步假设为平稳白噪声信率对于这样一些频率的结构的环境激励测试也号(或至少在所需的频段内其幅值谱近似为平直是有实际意义的谱)机械结构上各激励点的激励力满足在假设(1)中如果激励力满足平稳白噪声信号Fk(jω)=F(jω)则式(1)表示的结构响应可改写为条件则说明激励力在一定的频段内具有平直谱的m特点

6、由式(3)可以看出机械结构的响应谱x(jω)ixi(jω)=F(jω)∑hik(jω)(3)k=1与机械结构的集总传递函数hi(jω)(在实模态假设代入式(2)得到下)是等价的mmNϕϕ∑hik(jω)h(jω)=∑h(jω)=∑irrk=1iik(jω−λ)(jω−λ)ai(jω)=m(4)k=1r=1rr∑h(jω)mpkk=1ϕr=∑ϕkr(7)k=1(2)假设机械结构为实模态系统如机械结构而注意到在ϕkr≠0的情况下式(5)和式(7)包具有小阻尼或比例阻尼其频率响应函数可简写为Nϕϕ含了相同的模态信息(模态频率和振型等)因此可irkrhik(jω)=∑(5)以直接由响应

7、谱xi(jω)得到机械结构的模态频率r=1(jω−λr)(jω−λr)一般情况下参考点p的选取应使ϕ(r=1,2,)pr式中N模态数都较大但当p的选取使ϕ很小时机械结构的ϕ,ϕ结构第r阶模态振型在测点i和k处的prirkr集总传递函数h(jω)也将会较小使得参考点的结分量值pλr,λr结构中的一对共轭特征值构动响应谱xp(jω)中含有结构本身动力学特性的综合式(4)和式(5)可得到动态特性曲线ai(jω)分量相对较小而使得结构的环境激励力F(jω)的直接相关于机械结构的模态参数成份很大这时式