汽车振动与噪声控制-发动机振动分析

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1、汽车振动与噪声控制山东交通学院邱绪云第10讲（2009-12-10）09-10第1学期第15周第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.1发动机的振动激励源分析3.1.1单缸发动机的激励源3.1.2多缸发动机的激励源发动机工作中产生的不平衡惯性力和力矩是引起汽车振动的主要激励源之一。1）惯性力激励源：3.1.1单缸发动机的激励源活塞销曲柄销3.1.1单缸发动机的激励源对活塞运动分析：活塞往复惯性力3.1.1单缸发动机的激励源2）单缸发动机总激励源：活塞爆发压力：活塞受力平衡方程：3.

2、1.1单缸发动机的激励源曲轴旋转主动力矩：气体压力和往复惯性力是曲轴产生转动的力矩。由于该合力矩周期变化，会激起曲轴系统的扭转振动。3.1.1单缸发动机的激励源活塞反作用缸体力分析：活塞反作用在缸体上的力矩使缸体绕曲轴轴线反向转动，数值与使曲轴旋转的主动力矩相等。3.1.1单缸发动机的激励源曲轴受力平衡方程：3.1.1单缸发动机的激励源曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上铅垂力：气体压力Pg不对车架产生振动，而往复惯性力Pj和离心惯性力Pr会引起整车上下振动。3.1.1单缸发动机的激励源曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上水平力：气体压

3、力Pg、复惯性力Pj引起整车横摆振动，离心惯性力Pr会引起整车水平振动。3.1.1单缸发动机的激励源单缸发动机受力图：3.1.1单缸发动机的激励源可看成由曲轴联起来的多个单缸发动机。3.1.2多缸发动机的激励源回转离心力在垂直方向的合力：3.1.2多缸发动机的激励源往复惯性力：垂直方向合力：离心惯性力在水平方向分力：3.1.2多缸发动机的激励源绕y轴力矩：3.1.2多缸发动机的激励源绕x轴力矩：绕z轴（曲轴轴线）力矩：第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.2发动机隔振设计3.2.

4、1隔振原理3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计3.2.1隔振原理有效隔振分为两种：主动隔振和被动隔振。1）主动隔振：振源是机器本身，使它与地基隔离，减少对周围的影响。3.2.1隔振原理经弹簧传递给地基的力：经阻尼器传递给地基的力：传递给地基的力的最大值：3.2.1隔振原理根据有阻尼强迫振动分析可知，稳态振幅：则：隔振系数或力传递系数（主动隔振评价指标）：3.2.1隔振原理2）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机器的振动影响而采取的措施。3.2.1隔振原理隔振后系统稳态响应的振幅：注：与主动隔振评价指标表达式完全一样。两者统称为传

5、递率。评价指标为位移传递率：3.2.1隔振原理结论：1）不论阻尼为多少，只有在频率比才有隔振效果；2）在给定某个频率比的值，隔振效果随着阻尼比的减少而降低；频率比一般定在2.5~4.5之间，隔振效率为80％～90％3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计1）悬置系统的物理模型：三点支撑和四点支撑。3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计简化力学模型：刚体，六自由度第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.3发动机气门振动3.3.1发动机气门振动模型3.3.2气门振动控制措施3

6、.3.1发动机气门振动模型气门结构简化力学模型：1）无阻尼单自由度模型3.3.1发动机气门振动模型无阻尼单自由度系统运动微分方程：固有频率：3.3.1发动机气门振动模型气门结构简化力学模型：2）无阻尼三自由度模型3.3.1发动机气门振动模型无阻尼三自由度系统运动微分方程：m、k、x分别为气门、挺杆和摇臂等效质量、等效刚度和垂直位移。3.3.1发动机气门振动模型系统运动微分方程求解：3.3.1发动机气门振动模型求出固有频率：特征频率方程：给出：3.3.2气门振动控制措施1）提高气门系统的固有频率是控制气门振动的有效措施。提高系统的刚度，减少运

7、动件的质量。2）合理设计凸轮的形线也是控制气门振动的有效措施。凸轮形线缓冲高度：3）合理设计气门弹簧刚度也是控制气门振动的有效措施。