四自由度汽车振动影响分析 一、汽车振动问题分析 汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。汽车平顺性是影响汽车乘坐舒适性的重要原因，而平顺性的主要就是依靠汽车减振来保证，汽车振动日益成为汽车研发和性能提高的关键所在。 在了解了汽车振动的危害之后，就需要人们研究振动问题，掌握振动机理，消除振动带来的不利影响，利用振动规律指导汽车的研发。汽车振动所要研究的问题主要有路面等级对汽车振动影响、车速对汽车振动影响、悬架参数对汽车振动影响。 二、汽车四自由度系统建模 图2.1四自由度汽车模型 考虑汽车纵向角振动时悬架对车身激振影响就必须至少将汽车振动系统简化为如图所示的一个四自由度平面振动模型。在这个振动模型中，要求车辆相对于纵垂面完全对称，并且左右车轮下的路面不平度完全一样，则认为车辆是在纵垂面上振动。把车身简化为质量为m，绕质心的转动惯量为觉得平面刚体；把前后车轴（包括轮胎）的质量简化为二个质量点m1，m2；前后悬架刚度为左右两侧刚度之和用k1，k2表示，而前后悬架减震器的阻尼系数为左右两侧之和用c1，c2表示：kt1和kt2为轮胎刚度，ct1，ct2为轮胎阻尼，它们也为两侧之和。
为了研究悬架与车身连接点处悬架振动对车身的激励，必须首先列出整个振系的振动微分方程组。为此根据分析动力学中的粘滞阻尼力的拉格朗日方程： . ..Z Z Z Z R U T T dt d ??- =??+??-? ??? ? ????)1.2( 式中：T ——振动系统的总动能； U ——振动系统的总位能； R ——振动系统的总耗散函数； 对四自由度平面振动模型其总动能为： 2.2 22.112.2.2 1 212121z m z m J z m T +++=θ)2.2( 总位能为： 22222111222211)(21 )(21)(21)(21q z k q z k z b z k z a z k U t t -+-+-++--= θθ )3.2( 总耗散能为： 2 .2.222 .1.112...22...1)(21)(21)(21)(21q z c q z c z b z c z a z c R t t -+-+--+--=θθ )4.2( 将三式代入拉格朗日方程求出系统振动的微分方程组整理成矩形式为： . . .. Q C Q K KZ Z C Z M t t +=++)5.2( 其中： ?? ??? ?? ?? ???=2100 0000000000m m J m M ?? ??? ?? ?????+--+--++---+-+=2222 1 111212 2 2121 21212 10 0t t k k b k k k k a k k b k a k b k a k b k a k k k b k a k k k K
振动测试和分析技术综述 黄盼 （西华大学，成都四川 610039） 摘要:振动测试和分析对结构和系统动态特性分析及其故障诊断是一种有效的手段。综述了当前振动测试和分析技术，包括振动测试与信号分析的国内外发展概况、振动信号数据采集技术、振动测试技术、以及振动测试与信号分析的工程应用，最后对振动测试与分析技术的未来发展方向进行了展望。 关键词:振动测试; 信号分析; 动态特性; 综述 Summary of Vibration Testing and Analysis HuangPan ( Xihua University，Chengdu 610039，China) Abstract: Vibration testing and analysis is an effective tool in analyzing structure and system dynamic characteristic and detecting the failures of structures,systems and facilities. The present paper reviews the current vibration testing and analysis techniques，including the development of vibration measurement and analysis of domestic and foreign，vibration signal data acquisition,vibration testing technology ,vibration measurement and analysis in engineering application. Finally,the future development in the field of vibration testing and analysis is predicted. Key words: vibration testing; signal analysis; dynamic characteristic;overview
2008年振动力学期末考试试题 第一题（20分） 1、在图示振动系统中，已知：重物C 的质量m 1，匀质杆AB 的质量m 2，长为L ，匀质轮O 的质量m 3，弹簧的刚度系数k 。当AB 杆处于水平时为系统的静平衡位置。试采用能量法求系统微振时的固有频率。 解： 系统可以简化成单自由度振动系统，以重物C 的位移y 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 y ＝0，此时系统的势能为零。 AB 转角：L y /=? 系统动能： m 1动能：2 1121y m T = m 2动能：2222222 22 222)3 1(21))(31(21)31(2121y m L y L m L m J T ====? ω m 3动能：2322 323 33)2 1(21))(21(212 1y m R y R m J T === ω 系统势能： 2 21)21(21)21( y k y g m gy m V + +-= 在理想约束的情况下，系统的主动力为有势力，则系统的机械能守恒，因而有： E y k gy m gy m y m m m V T =+ +-++= +2 212 321) 2 1(2 12 1)2 13 1(2 1 上式求导，得系统的微分方程为： E y m m m k y '=+ + +) 2 131(4321 固有频率和周期为： ) 2 131(43210m m m k + + = ω 2、质量为m 1的匀质圆盘置于粗糙水平面上，轮缘上绕有不可伸长的细绳并通过定滑轮A 连在质量为m 2的物块B 上；轮心C 与刚度系数为k 的水平弹簧相连；不计滑轮A ，绳及弹簧的质量，系统自弹簧原长位置静止释放。试采用能量法求系统的固有频率。 解：系统可以简化成单自由度振动系统，以重物B 的位移x 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 x ＝0，此时系统的势能为零。 物体B 动能：2 212 1x m T = 轮子与地面接触点为速度瞬心，则轮心速度为x v c 2 1= ，角速度为x R 21=ω，转过的角度为x R 21= θ。轮子动能： )83(21)41)(21(21)4 1( 2 12 1212 122 21212 2 12x m x R R m x m J v m T c =+= + = ω 系统势能： x
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个； 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200～240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率<150W； 2.2.4工作环境温度：-10?C ～50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术，动态围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽，根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级；
车辆悬架系统振动研究概述 关键词：振动悬架 摘要： 本文简单介绍了车辆振动的相关知识，对其做了简明的分析，由于篇幅有限故只重点介绍了与车辆悬架相关的知识。根据不同结构悬架的特点，分别介绍与其相关的振动研究内容和成果。 引言 悬架系统是提高车辆平顺性(乘座舒适性)和安全性(操纵稳定性)、减少动载荷引起零部件损坏的关键,。自70年代以来,工业发达国家开始研究基于振动主动控制的主动/半主动悬架系统。引入主动控制技术后的悬架是一类复杂的非线性机、电、液动力系统,其研究进展和开发应用与机械动力学、流体传动与控制、测控技术、计算机技术、电子技术、材料科学等多个学科的发展紧密相关。为此，关于车辆悬架系统振动的研究比较困难，但是其又具有十分重要的实际意义。一、车辆悬架系统简介 悬架系统的作用主要是连接车桥和车架,传递二者之间的作用力和力矩以及抑制并减少由于路面不平而引起的振动,保持车身和车轮之间正确的运动关系,保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。 悬架系统一般由弹性元件、减振器和导向装置等组成。其中,弹性元件的作用是承受和传递垂直载荷,缓冲并抑制不平路面所引起的冲击。按弹性元件分类包括钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架以及气体弹簧悬架。钢板弹簧是1根由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的近似等强度的弹性梁,多数情况下由多片弹簧组成。多片式钢板弹簧可以同时起到缓冲、减振、导向和传力的作用,可以不装减振器而用于货车后悬架。螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成,常用于各种独立悬架。其特点是没有减振和导向功能,只能承受垂直载荷。扭杆弹簧本身是1根由弹簧钢制成的杆,一端固定在车架上,另一端固定在悬架的摆臂上。气体弹簧是在1个密封的容器中冲入压缩气体,利用气体可压缩性实现弹簧的作用。气体弹簧具有理想的变刚度特性。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧2种。
关于汽车的振动的分析 汽车振动系统是由多个子系统组成的具有质量、弹簧和阻尼的复杂的振动系统。汽车振动源主要有：路面和非路面对悬架的作用、发动机运动件的不平衡旋转和往复运动、曲轴的变动气体负荷、气门组惯性力和弹性力、变速器啮合齿轮副的负荷作用、传动轴等速万向节的变动力矩等。 在汽车工程中,多数振动是连续扰动力,而其他一些则是汽车承受的冲击力和短时间的瞬态振动力。振动又可分为周期性的和随机性的,发动机旋转质量的不平衡转动是周期振动的典型例子,而随机振动主要是由路面不平引起的。所有质量--弹性系统都有自己的固有频率,如果作用于系统的干扰频率接近振动系统的固有频率,就会发生共振现象。因此即使自身具有抗干扰能力的系统,装配到汽车上时仍有可能产生振动问题,这就要求在设计阶段准确建立系统模型及运动方程,分析自由振动特性和受迫振动响应,研究控制振动的方法。 汽车振动按照频率范围可分为： 1、影响行驶平顺性的低频振动：它产生的主要振源由于路面不平度激励使得汽车非悬挂质量共振和发动机低频刚体振动，从而引起悬架上过大的振动和人体座椅系统的共振造成人体的不舒适，其敏感频率主要在1-8Hz(最新的研究表明：当考虑人体不同方向的响应时可到16Hz)。对于乘员其评价指标一般是：针对载货汽车的疲劳降低工效界限和针对乘用汽车的疲劳降低舒适界限，或直接采用人体加权加速度均方根值进行评价；对于货物其评价指标是：车箱典型部位的均方根加速度。由于该指标于人体生理主观反映密切相关，因此试验和评价往往采用测试和主观评价相结
合。 2、车身结构振动和低频噪声：大的车身结构振动，不仅引起自身结构的疲劳损坏，而且更是车内低频结构辐射噪声源。其频率主要分布在20—80Hz 的频带内。由两方面引起：(1)激励源；主要有：道路激励、动力传动系统尤其是动力不平衡和燃烧所产生的各阶激励、空气动力激励；(2)车身结构和主要激励源系统的结构动力特性匹配不合理引起的路径传递放大。当前对于低频结构振动和噪声分析研究的方法有：计算预测分析，(1)基于有限元方法通过建立结构动力学模型取得结构固有振动模态参数对结构动力学特性进行评价，通过试验载荷分析得到振动激励并结合结构动力学模型计算振动响应；(2)基于有限元和边界元的系统声学特性计算和声响应计算。试验分析：(1)各种结构振动和声学系统的导纳测量和模态分析；(2)基于实际运行响应的工作振型分析；(3)基于机械和声学导纳测量的声学寄予率分析； 3、各种操纵机构的振动：操纵机构的振动主要是因为其安装吊挂刚度偏低或自身结构动力特性不当或车身振动过大而产生，它不仅容易使驾驶者疲劳严重时可能使操纵失控。对于这些振动各企业都有相应得评价和限值规定。最为典型的是方向盘(线性)振动(转向管柱振动)，其产生的主要原因是方向盘及管柱安装总成与车身振动或其它激励源发生共振；另一重要的振动现象是行驶过程中的方向盘旋转振动(即：方向盘及转向轮摆振)。其产生的原因是：行驶过程中转向轮的跳动与自身的转动而产生的陀螺效应引起转向轮的波动并被转向结构放大从而引起方向盘旋转振动。 4、空气声：车内空气声是由于隔声吸声措施不当从而使得动力传动
1、 方波振动信号的谐波分析，00,02 (),2 T x t x t T x t T ? <
相位频谱图 1tan 0,1,3,5 n n n a n b φ -?? ===?????? ??? 2、 求周期性矩形脉冲波的复数形式的傅立叶级数，绘频谱图。 解： 数学表达式：
计算三要素： 傅立叶级数复数形式： 频谱图 00 00,0sin ,0,n x t n T A x n t n n n T ππ?=??=? ?≠-∞<<∞?? ()???? ?????≤≤≤≤--≤≤-=2 202222000 00 T t t t t t x t t T t x 偶函数 T x t a 0002=2sin 2010t n n x a n ωπ?=0 =n b 2 sin 22010t n n x a ib a X n n n n ωπ?==-=()2sin 1101012/2/02/2/102/2 /02/2/010********t n n x t in e e T x t in e T x dt e x T dt e t x T X t in t in t t t in t in t t t in T T n ωπωωωωωωω?=--?=-?=??=??=-------? ?T t x t n n x X n 0 0010002sin lim =?=→ωπ()∑ ∑ ∞-∞=∞-∞===n t in n t in n e n t n x e X t x 112sin 0 10ωωωπ
汽车的振动测试技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
汽车的振动测试技术 汽车供应商们采用先进的振动测试技术来保证汽车在行驶中的安静和平稳。汽车上的零件和组装件必须经受振动可控测试技术的检验。 汽车内部从仪表板到桌椅，从安全气囊传感器到引擎注油泵，诸多零部件都要经过精确振动模式和幅度的测试。 在有些情况下，要用振动测试法验证汽车的各种装置在一般路面条件下不会损坏。在另一些情况下，通过振动测试来识别机械发出的烦人的噪声。 在振动控制的工业中，开发成功的数字信号处理技术有可能在实验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。今天，振动测试除了使用随机波、正弦波和冲击波的传统方法，又增加了更加复杂的方法，比如随机波上加正弦波和波形复制。 正如名称所示，随机正弦波是把随机振动与正弦波结合起来形成复杂的振动形式；波形复制振动模仿出真实的汽车振动环境。随机正弦波振动把多个正弦波与具有宽频带的噪声结合在一起。正弦波振动可以是固定的或者是扫描式的谐波或非谐波振动，而且在整个频带内的振动幅度是可变的。就模仿在路面变化行驶中的随机振动的汽车来说，其引擎转速增加或减少时，随机正弦波振动是很好的测试方法。 实际应用 采用随机正弦波振动和波形复制方法对汽车进行测试，可真实地再现汽车行驶中的实际环境，用作设计验证和质量控制。 ?仪表板 许多汽车制造厂对仪表板组件进行振动测试以检查其发出的咯吱声和卡嗒声。这一项是新车购买者可能最不满意的地方，在保证金中占很大份额。 为了测试建造了专用振动台，它不使用风扇，为的是造成清静的环境来验证振动中的仪表板是否有咯吱声和卡嗒声。因为没有通风散热，只能在温升超过工作温度时做短时间的振动测试，然后测试要暂停一会儿让设备冷却下来。 除振动台外，所有能发出噪声的仪器设备，包括振动台的控制器都应放在测试室的列边。遥控面板和显示器要悬挂在测试装置的上面，便于工作人员能听见噪声并控制测试过程。 用于检验咯吱声和卡嗒声的振动模式，由随机波、扫描正弦波和代表负荷的多段波形所构成。其振动幅度要控制在汽车正常行驶中的额定实验值内。为了避免振动过于猛烈。要维修部件并做好紧固工作。 在振动测试中，操作人员起着关键性的作用，例如施加扫描式正弦波来重复加速引擎的振动模式，此时可能要加上几次扫频来发现异常的噪声。由于咯吱声和卡嗒声难于发现起因，操作者必须停止对仪表板做下一步的操作，并且用于动方式来控制振动频率和振幅，检查产生噪音的真正原因。这样才能找到产生噪声的机理，许多设备生产厂也采用这种方法作为质量控制的手段。
JLYY—JT —08 乘用车基本振动测量 编制： 校对： 审核： 审定： 标准： 批准： 浙江吉利汽车研究院有限公司 二〇〇八年六月 前言 为统一吉利汽车研究院对乘用车基本振动性能的测量，用以评价汽车的振动性能。根据本企业现有技术条件，制定出本标准。 本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。 本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部负责起草。 本标准主要起草人：胡寿品。 本标准于2008年6月1日发布实施。 Ⅰ1 范围 本标准规定了车辆基本振动性能测量的测量方法和测量条件等内容。 本方法适当乘用车和小型商用车的汽车基本振动性能的测量。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB /T 2298-1991 机械振动与冲击术语 3 定义 功率谱 针对功率有限的信号，所表现的单位频带内信号功率随频率的变换情况的。 振动方向 X向：由汽车的前端指向汽车的尾部，平行于水平参考平面。 Y向：驾驶员侧指向副驾驶员侧（对于右置方向盘车，则由副驾驶员侧指向驾驶员侧），平行于汽车水平参考面，与X方向垂直。 Z向：垂直于汽车水平参考平面。 图1：振动方向 阶次切片 在指定的阶次内，测量信号的能量随已知的周期运动频率的变化。 4 测量仪器 振动测量仪器 振动测量仪器通常由数据测量分析系统、数据采集系统、振动加速度传感器（包括电荷放大器）共4页第1 页 组成。整个测量应有足够大的动态响应范围，具振动信号的频谱分析功能和有效值的计算功能以及振动的阶次跟踪测量分析的能力。如LMS的SCADAS 305 数据采集系统+–Signature Acquisition RT 可以满足使用要求。 测量振动加速度传感器应优先选择三轴加速度传感器，频响误差不大于±5%的有效测量频率范围必须覆盖5—2000 Hz。传感器质量不得大于20g，以减小对被测部件的影响。对于受条件限制，在没有三轴加速度传感器的情况下，允许使用三个单向加速度传感器组合在一起使用，但其性能不得低于规定。 3振动测量仪器每年至少需要进行一次计量检定，且在有效期使用期内。 转速测量仪器 用于测量发动机转速的转速仪的测量精度±%。不得使用车上的同类仪表作为测量数据的输入。 气象仪 测温装置：精度在±1以内。 测风速装置：精度在±3％以内。 5 测量条件
IDC 629.113.01 : 620.173.5 D 1601 汽车零件振动试验方法 JIS D 1601 平成7年2月1日修改 日本工业标准调查会审议 (日本标准协会发行)
日本工业标准JIS 汽车零件振动试验方法D1601-1995 1．适用范围 本标准规定了汽车零件(以下称零件)的振动试验方法。 2．试验种类 试验种类分以下几类。 ⑴ 共振点检测试验 求零件共振振动频率的试验 ⑵ 振动性能试验 研究施振时零件性能的试验 ⑶ 振动耐久试验 研究以一定的振动频率激振，相对于振动的零件耐久性的试验 ⑷ 扫描振动耐久试验 研究按同样的比例连续增减振动频率激振，相对于振动的零件耐久性的试验 3．振动条件分类 振动性能试验及振动耐久试验的振动条件分以下几种。 ⑴ 零件的振动条件，按被安装的汽车的种类分： 1种 主要指轿车系列 2种 主要指公共汽车系列 3种 主要指货车系列 4种 主要指二轮汽车系列 ⑵ 零件振动条件按，被安装的状态分： A种 安装在车体或悬架装置的弹簧上，振动较小时 B种 安装在车体或悬架装置的弹簧上，振动较大时 C种 安装在发动机上，振动较小时 D种 安装在悬架装置的弹簧下和安装在发动机上，振动较大时，振动条件分类及相应产品示例如参考表1。 4．试验条件 4.1试验顺序 试验按共振点检测试验，振动性能试验，振动耐久试验或扫描振动耐久试验的顺序 进行。不过，共振点检测试验和振动性能试验，或共振点检测试验和振动性能试验及扫描振动耐久试验同时进行也可以。 4.2 零件的安装 零件安装在振动试验台上的状态原则上应接近于零件的使用状态。 4.3 零件的动作 试验原则上要按零件的动作状态进行。 4.4 施振方法 相对于零件的安装状态，按顺序施加上下、左右、前后垂直的简谐振动。但是，简谐振动的高次谐波含有率⑴，原则上在振动加速度的25％以内。 注⑴：简谐振动的高次谐波含有率的计算如下： ⑴以正弦波振动的振动加速度±a(m/s2)，按下式计算： a=Kf2A×10-3 其中，K=2π2≈19.74 f：振动频率（Hz） A：全振幅（mm）
中国汽车工程学会2003学术年会 SAE-C2003P050 231 汽车振动分析的试验研究 朱用国 东风汽车工程研究院 [摘要] 本文通过对某三吨车的整车振动分析，说明了如何利用汽车各结构总成的固有频率及振动传递环节的频率分析来解决汽车实际出现的问题。 关键词：频率振动分析功率谱传递环节 １ 前言 汽车在行驶过程中会出现各种各样的问题，有可靠性的问题，也有乘坐舒适性的问题等，这些问题大都和振动有关，如何通过振动分析测试来解决这些问题就变得很关键。而汽车的振动问题表现在各结构的振动传递，其振动传递特性可以通过频率分析来说明，本文通过对某3吨车的振动分析测试来说明如何利用频率分析来解决此类问题。 ２ 试验过程 某3吨车整车振动较大，乘员的乘坐舒适性较差；在该车的可靠性试验中，其前保险杠在支撑点（保险杆与车架相连处）附近开裂较频繁。因此对该车进行平顺性试验、悬架固有频率测试、汽车车架模态分析、汽车动力传动系模态试验、发动机振动测试、前保险杠模态试验，以对其从频率成分上进行振动分析。 ３ 试验分析 ３．１ 平顺性分析 ３．１．１ 试验结果 通过汽车平顺性试验，验证出此车平顺性较差。 ３．１．２ 分析 由悬架固有频率试验得出该车的前悬挂偏频为2.7Hz，后悬挂偏频为2.82Hz，过高的偏频值说明汽车的前后悬挂系统的刚度较大，汽车悬挂上质量振动过大，致使汽车的平顺性降低。 由于此车的悬挂系统基本上采用的是五吨车的悬挂系统，而汽车的额定载荷却只有3吨，这造成该车的悬挂刚度相对过大。这是该车悬挂偏频较大的原因。 由动力传动系统弯曲模态试验结果可知，该车动力传动系的第一阶弯曲模态频率为44.07Hz，其值偏低，即该车动力传动系的弯曲刚度较低；由于该车发动机的额定转速为2800r/min，其对应的频率为46.7Hz，大于动力传动系的第一阶弯曲模态频率，这使得在发动机工作转速范围内（较高转速上）将出现共振。从发动机振动试验结果得出，该车发动机在2500r/min左右的转速时有共振出现，尽管发动机本身的振动不大，但由于其悬置的隔振性能较差，致使车架的振动较大，从而降低汽车的平顺性。 由上面的分析可得出，影响此车平顺性的因素主要为： 1）汽车前后悬挂系统的刚度较大。 2）动力传动系的弯曲刚度偏低，发动机高转速时，动力传动系易产生弯曲共振，又由于发动机悬置隔振性能差，从而导致汽车振动较大。
输电线微风振动测试技术报告 任课教师：刘娟 组员： 2016年6月10日
1 大跨越输送线路背景 线路大跨越是输电线路的重要组成部分，在线路运行过程中具有特殊重要地位。架空电线路经常发生超过允许幅值的微风振动，往往导致某些线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断股，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等，其中导线疲劳断股是架空送电线路普遍发生的问题，严重时需要将全线路更换为新导线。所有的高压送电线路都受到微风振动的影响，尤其在线路大跨越上，因具有档距大、悬挂点高和水域开阔等特点，使风输给导地线的振动能量大大增加，导地线振动强度远较普通档距严重。 2 微风振动的原理与波形特点 2.1 微风振动原理 导线的振动是由于风作用于导线而产生的“卡门旋涡”造成的。把一个圆柱体,水平地放在风洞的试验中,并把圆柱体的两端刚性地固定住。如图1所示,当风vs从垂直于圆柱体轴线的方向作用于圆柱体后,在圆柱体的背后将产生旋涡,这种旋涡称为卡门旋涡。旋涡发生在圆柱体背风面处,上下交替地产生,不断地离开圆柱体向后延伸,渐渐消失。由于这种上下交替旋涡的产生,风对于圆柱体的作用除了有一个水平的压力外,在圆柱体上还有一种上下交替的力,在此交变力的作用下圆柱体产生持续振动。 图1 卡门涡街 卡门和司脱罗哈最早研究了旋涡的特性后发现,当出现振动时旋涡有比较稳定的频率f ,常称为司脱罗哈频率或冲击频率,这个交变力的频率与风速,圆柱体 s 的直径有如下关系:
另外，导线之所以能够持续振动其主要是由于同步效应作用的结果。风作用 于圆柱体后,由于产生卡门旋涡,根据上式,导线会以一定的频率f s 开始振动,如 果风对圆柱体产生的冲击频率与圆柱体的固有频率f 相同时,则会引起谐振使作用于圆柱体上的交变冲击力变大,激发圆柱体产生较大振幅的振动。当圆柱体以 f 0=f s 的频率振动后,气流将受到导线振动的控制,导线背后的旋涡将表现为很好 的顺序性,其频率也为f 0。当风速在一定范围内变化时,(约相应f 的士20%范围), 圆柱体的振动频率和旋涡的频率都不变化仍保持为f s ,这种现象称为“同步效应”。 电线受到微风(1一3级)吹拂时,由于产生卡门旋涡和同步效应(或锁定效应),加之电线振动振幅的自限作用,使得电线产生小振幅的持续振动,即微风振动。电线的振动波形有单一的驻波和行波,最常见的是有由以上二者混合成的拍频波。 (1)图所示波来回于档内时能出现这种波形,可观察到某点发生间歇性振动, 行波产生的原因可能是由于杆塔振动带动线夹上下振动,一般在振动发生的初期可能出现这种行波。 图2行波 (2)图3所示当档内具有同样风吹时会产生这种大体上具有相同振幅和频率 且波节、波腹位置不变的驻波。
（汽车行业）汽车发动机振动噪声测试系统
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 设备技术要求及参数 设备系统配置 数据采集系统壹套； 数据测试分析软件壹套； 传声器2个； 加速度计2个； 声强探头1套； 声级校准器1个； 笔记本电脑壹台 数据采集、控制系统技术要求 主机箱壹个；供电采用9～36V直流和200～240V交流； 便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 整机消耗功率<150W； 工作环境温度：-10?C～50?C； 中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 输入通道数：4个之上，其中2个200V极化电压输入通道、不少壹个转速输入通道； 输入通道拥有Dyn-X技术，动态范围160dB； 每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 系统留有扩充板插槽，根据需要能够进壹步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 采集前端的数据传输具备二种方式之壹：①通过10/100M自适应以太网传输至PC；②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米之上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级； 多分析功能：对同壹信号可同时进行FFT和CPB分析和显示处理；对同壹信号也可同时设置不同的分析带宽进行分析； 输入通道采用至少24位的A/D； 自动检测带传感器电子数据表的传感器（即插即用） 数据测试分析软件系统技术要求 多通道输入测量信号且行采集、处理和存储；根据需要能够进壹步扩充； 多通道实时在线显示； 能测量传递函数、自功率谱、互功率谱、自相关函数、互相关函数、能测量相干函数、概率密度函数、脉冲相应函数、倒频谱、时域波形,能进行动态信号的微积分、四则运算、编辑等；系统具有自动报告生成功能。测试报告模板可根据用户需求定制，用户可从Word中自动得到实时更新的测量曲线和数据等； 函数可用各种图形类型显示，包括：瀑布图、彩色等高线图、条状图、线状图、曲线图、阶
“振动测试与分析”主要内容 概述 振动信号的分类 振动测试及其主要任务 振动系统的力学模型及参数 振动系统的动力学模型 振动系统的主要参数 结构振动系统三元素（件） 单自由度无阻尼自由振动特性 有阻尼系统的自由振动特性 周期振动的峰值、有效值和平均值及其相互关系周期振动的频谱表示法 振动基本参量（动态特性）的常用测试方法简谐振动幅值的测量 简谐振动频率的测量 衰减系数及相对阻尼系数的测量 同频简谐振动相位差的测量 质量或刚度的测量 振动测量系统及其主要特性 振动测试系统组成 振动测试系统的主要特性参数 振动信号传感器 测振传感器 测振传感器分类 惯性式传感器力学原理
位移计型惯性式拾振器的构成特点 加速度计的构成特点 动圈型磁电式速度拾振器 压电式加速度计及其应用问题 电涡流传感器 振动信号处理和分析（基本理论） 数字信号分析 数据处理的基本知识 傅氏级数及其复数表达法 傅氏积分变换，傅氏变换的主要性质 典型函数的傅氏变换 FT、FFT、选带傅氏分析（ZOOM-FFT） LT＆ZT 混淆与采样 泄漏与窗函数 随机振动统计特性 数字特征 概率分布函数 概率密度函数 高斯分布和瑞利分布 二元随机变量的概率分布 相关分析（自相关函数，互相关函数） 实验模态分析 多自由度系统实验模态分析（频域方法，时域方法）多自由系统响应的模态迭加法 振动系统物理模型和模态模型间的转换
频响函数与模态参数的关系 频响函数的留数表示法 模态试验设计（试件支承状态，测点及测量方法，试验频段的选择，激振器的支承） 模态试验常用激励方法（步进式正弦激励法，自动正弦慢扫描激励，快速扫描正弦激励，冲击激励，纯随机激励，伪随机激励，周期随机激励，瞬态随机激励） 结构系统频响函数的估计（H1、H2估计，模态振型标准化）
1. 振动：与某个坐标系统有关的、围绕其平均值（或基准值）从大变小，又从 小变大，如此交替重复变化的量，称为振动。 2. 机械：机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。 3. 机械振动：物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。 4. 随机振动：任何一个给定时刻的振动瞬时值不能预先确定的振动。 5. 简谐振动：位移、速度和加速度为时间的谐和函数的振动。 6. 波形因子：位移的有效值与均值之比;波峰因子：位移的峰值与有效值之比。 7. 复杂周期振动：由一系列频比f i/f j(或ωi/ωj)为有理数的简谐振动叠加而成，当 自变量增加到某一定值时，其函数值又恢复到同一个值的振动，又简称为周期振动。 8. 准周期振动：两个或两个以上无关联的周期性振动混合后产生的一种与周期 性振动略有不同的振动。 9. 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离A。 10. 频率f：单位时间内完成振动的次数，描述振动物体往复运动频繁程度的量。 11. 相位：对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置 12. 阻尼：任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的 振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。 13. 频谱：是信号幅度或功率随频率变化的关系，为信号的傅立叶变换（FT）， 又称为傅立叶谱。 14. 仪器的灵敏度：在测量范围内，传感器的输出信号变化量与输入信号变化量 是成比例的，这个比例值称为传感器的灵敏度。 15. 压电效应：当被测频率远小于传感器的固有频率时，惯性块的相对运动与被 测物体的振动加速度成正比，惯性质量产生的惯性力作用于压电元件上，在元件的两级面生成正负相反的电荷，称为压电效应。 16. 逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质会发生变形， 电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 17. 诺莫图：传感器的测量范围可以用频率f、加速度a(t)、速度v(t)和位移x(t) 来表示，用这些参数绘成的列线图，称为振动诺莫图，用来评价传感器的动
振动强度分析为不同的测量类型提供了三种方式。振动强度包括以下测量类型：全身振动、手臂振动、建筑物振动和船舱振动。 全身振动(WBV)测试是一种用于估计对操作者影响的振动分析。对操作者有三类关注：健康和舒适度、感知、晕车。任何WBV测试的目标是确保在正常的操作条件下，操作者所经历的振动不会产生显著或持久的影响。 WBV分析的一个常见应用是评估车辆振动。商业驾驶者每天要花好几个小时开车，通过座椅、地板和方向盘暴露在道路和引擎的震动中。过度的振动会导致背部、脚部和手部的疲劳和麻木。测量振动的能力和长时间接触影响的估计有助于减少受伤的可能性。 全身振动分析是与场景和位置相关的。晕车是由两到十秒的低频振动引起的(0.1 ~0.5赫兹)。感知，健康和舒适度的测量从0.5~80Hz开始。根据不同的场景，可以测试三种不同的体位：坐姿、站立和仰卧(躺着)。所有这些变量都在分析一个人在特定的振动水平下能够安全地工作多长时间。 人们暴露在振动下的时间长度对分析很关键。一般来说，家用车和商用车之间的振动是非常相似的，关键的区别是在这些条件下所经历的平均时间。家用车辆通常用于短途旅行。开车8小时会被认为是很长的一段时间。而对于商业司机来说，8小时的轮班是正常的。这就是为什么公共汽车和半挂车的驾驶座通常有空气悬架。振动的水平是相似的，但经历的时间要长得多。 全身振动测试 全身振动测试的测量需要几乎所有测试位置的三轴数据。在本例中，我们将研究一个基本的WBV测试来评估健康风险。对健康应用的分析涉及到坐着的人，振动频率范围从0.5Hz到80Hz。这个频带上的振动可能会破坏脊柱和相关神经
系统的功能，并可能扰乱消化系统。 振动需要在座椅垫和脊柱之间的传递点进行测量。特制的加速度计方便安装在座椅上，对操作者的干扰最小(见图2)。座椅垫加速度计应直接放置在坐骨结节或坐骨正下方。 测量需要有足够的时间来提供合理的统计精度。持续时间将取决于所执行的分析类型和关心的带宽。对于本例，所关心的最低频率将决定所需的时间。对于健康测量，带宽为0.5 Hz到80 Hz。要测量0.5 Hz，误差小于3dB，并且置信度为90%的测试需要至少227秒(来源:ISO 2631-1:1997)。将测试条件、应用、定位、传感器放置和测试时间汇总报告用于评估测试结果。目前没有定量的数值来描述可接受的振动水平。 进行全身振动测试需要以下设备:
1、 方波振动信号的谐波分析，00,02(),2T x t x t T x t T ?<
相位频谱图 1tan 0,1,3,5 n n n a n b φ-? ?===?????? ??? 2、 求周期性矩形脉冲波的复数形式的傅立叶级数，绘频谱图。
解： 数学表达式： 计算三要素： 傅立叶级数复数形式： 频谱图 0000,0sin ,0,n x t n T A x n t n n n T ππ?=??=??≠-∞<<∞?? ()?????????≤≤≤≤--≤≤-=22022220 00000T t t t t t x t t T t x 偶函数 T x t a 0002=2sin 2010t n n x a n ωπ?=0=n b 2sin 22010t n n x a ib a X n n n n ωπ?==-=()2sin 110 1012 /2/02/2/102/2 /02/2/010********t n n x t in e e T x t in e T x dt e x T dt e t x T X t in t in t t t in t in t t t in T T n ωπωωωωωωω?=--?=-?=??=??=-------??T t x t n n x X n 00010002sin lim =?=→ωπ()∑ ∑∞-∞=∞-∞ ===n t in n t in n e n t n x e X t x 112sin 010ωωωπ
1、有阻尼自由振动 ... 220x p x p x +ζ+= 特征方程为 2220s ps p +ζ+= 解得特征根为 1,2s p =-ζ± 微分方程的通解为 ()()12p t p t x C e C e -ζ-ζ=+ 12()pt e C C e -ζ=+ （1）当1ζ>（即n p >）时，称为过阻尼 这是特征方程的两根1,2s p =-ζ±为不相同的负实数，微分方程的解式中两个指数均为负数，它所表示的运动是按指数规律衰减的非周期性蠕动。根据不同的初始条件，运动曲线如图所示 t x 过阻尼 t=0:0.01:100; x=10*exp(-0.02*t)-5*exp(-0.05*t); plot(t,x) hold on y1=10*exp(-0.02*t); plot(t,y1,'--') hold on y2=-5*exp(-0.05*t); plot(t,y2,'--') hold on plot(t,0,'-') xlabel('t'); ylabel('x');
title('过阻尼') （2）当1ζ=（即n p =）时，为临界阻尼 特征方程具有相等的两个实根12s s n p ==-=-，此时 12()pt x C C t e -=+ 显然，这个方程所表示的运动是非周期性的。根据不同的初始条件，可画出曲线 t x t=0:0.1:100; x=(5-0.01*t).*exp(-0.05*t);plot(t,x) hold on x=(5+0.5*t).*exp(-0.05*t);plot(t,x) x=(5+0.1*t).*exp(-0.05*t);plot(t,x) x=(5+0.3*t).*exp(-0.05*t);plot(t,x) x=(5-0.5*t).*exp(-0.05*t);plot(t,x) xlabel('t'); ylabel('x') （3）当1ζ<（即n p <）时，称为弱阻尼 此时，特征方程的根为共轭复根1,2s p =-ζ±，其中i =，又令， 'p =，'p 的实际意义为有阻尼衰减振动时的固有圆频率，它的值比p 小。从而微 分方程的解为 ()()12p t p t x C e C e -ζ+-ζ-=+ ''12()pt ip t ip t e C e C e -ζ-=+ 应用欧拉公式将上式展开为 ''(cos sin )pt x e a p t b p t -ζ=+ 式中，a 和 b 为待定系数，它们可由初始条件确定。设0t =时，0x x =，. . 0x x =，代入式