第三章 汽车发动机的振动分析与控制
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汽车动力系统的噪音与振动控制技术
汽车动力系统的噪音与振动控制技术随着汽车工业的进步和普及，人们对于汽车的噪音和振动控制技术也提出了更高的要求。
本文将就汽车动力系统的噪音与振动控制技术进行论述，介绍相关的理论和应用。
一、汽车噪音与振动现状分析汽车噪音主要来自于发动机、排气系统、传动系统以及轮胎与路面的摩擦等。
同时，汽车的振动也会对车身和零部件产生不同程度的影响。
噪音与振动不仅影响驾乘者的舒适性和健康，也对周围环境造成困扰。
因此，控制和减少汽车动力系统的噪音与振动成为了一项重要的研究课题。
二、噪音与振动的产生机理1. 发动机噪音与振动：发动机的爆震、排气和进气阀门的开闭、曲轴和活塞的运动等都会产生噪音和振动。
2. 排气系统噪音与振动：排气管道和中段消声器的设计和材料选择，直接影响排气系统的噪音和振动。
3. 传动系统噪音与振动：齿轮传动、联轴器和轴承的摩擦和振动等都会产生噪音和振动。
4. 轮胎与路面噪音与振动：车轮与路面的接触会产生颠簸和摩擦，进而产生噪音和振动。
三、汽车动力系统噪音与振动控制技术为了控制和降低汽车动力系统的噪音和振动，相关的技术和措施被研发和应用：1. 发动机隔离措施：使用隔离支撑和悬挂装置来减少发动机噪音和振动的传播。
2. 声学隔离与吸声材料：在车内壁面和底板等位置使用隔音和吸声材料，减少噪音传播。
3. 振动补偿技术：通过控制反馈和振动传感器来实时调整车身和零部件的振动。
4. 换向消音器设计：采用特殊的换向消音器结构和材料，有效降低排气系统噪音。
5. 优化传动系统设计：通过改进齿轮设计、减震装置的使用和优化联轴器等，控制传动系统的噪音和振动。
6. 轮胎和路面的改进：通过改进轮胎的胎面材料和减震结构设计，降低轮胎与路面间的噪音和振动。
四、噪音与振动控制技术的发展前景随着科技的不断进步和汽车工业的发展，噪音与振动控制技术将继续得到改进和完善。
未来的发展趋势包括：1. 新材料的应用：开发和应用高性能的减震材料和吸声材料，提升噪音和振动控制效果。
发动机的抖动总结
发动机的抖动总结引言发动机是汽车的心脏，它的稳定工作对车辆性能和行驶安全至关重要。
然而，有时我们可能会遇到发动机抖动的问题，这不仅会影响驾驶体验，还可能是发动机存在故障的迹象。
本文将总结发动机抖动的可能原因和解决方法。
发动机抖动的原因1.点火系统问题：点火系统故障是导致发动机抖动的常见原因之一。
这可能包括点火线圈损坏、火花塞老化或堵塞、点火开关故障等。
这种问题通常会导致发动机在启动或怠速时抖动明显。
2.供油系统故障：供油系统中的问题也可能引起发动机抖动。
例如，燃油喷嘴堵塞、燃油压力不稳定或燃油泵故障等，都会导致燃料供给不充分，进而影响发动机的正常工作。
3.进气系统问题：发动机抖动也可能是由于进气系统的问题引起的。
例如，空气滤清器堵塞、进气管道漏气或进气传感器损坏等，都会导致燃烧不完全，从而引起发动机抖动。
4.排气系统问题：排气系统中的故障也可能导致发动机抖动。
例如，催化转化器堵塞、排气管漏气或氧传感器故障等，都会影响废气排放和燃烧质量，从而引起发动机抖动。
5.发动机传动系统故障：发动机传动系统中存在故障时，也会引起发动机抖动。
例如，离合器结构松动、传动链链条磨损或传动轴承损坏等，都可能导致发动机抖动现象。
发动机抖动的解决方法1.检查点火系统：如果怀疑点火系统故障导致发动机抖动，可以先检查点火线圈和火花塞的状况，确保其正常工作。
如果发现损坏或老化，应及时更换。
2.检查供油系统：定期检查燃油喷嘴的清洁程度，如果发现堵塞情况，应及时清洗或更换。
另外，检查燃油泵的工作稳定性，确保燃油供给的充分性。
3.检查进气系统：定期清洗空气滤清器，确保空气进入缸内的干净。
同时检查进气管道是否漏气或损坏，如有问题应及时修复或更换。
4.检查排气系统：定期检查催化转化器和排气管道的情况，确保废气排放通畅。
如有堵塞或漏气情况，应及时清洗或修复。
5.检查发动机传动系统：如怀疑发动机传动系统有故障，可以检查离合器、传动链和传动轴承的状况，确保其结构紧固、磨损程度正常。
汽车振动分析
汽车振动分析编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（汽车振动分析）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为汽车振动分析的全部内容。
研究生试卷2013 年—2014年度第 2 学期评分:______________________课程名称：振动理论专业：车辆工程年级: 2013级任课教师：李伟研究生姓名：王荣学号： 2130940008注意事项1.答题必须写清题号;2.字迹要清楚,保持卷面清洁;3.试题随试卷交回；4.考试课按百分制评分，考查课可按五级分制评分；5.阅完卷后，授课教师一周内将成绩在网上登记并打印签名后，送研究生部备案；6.试题、试卷请授课教师保留三年被查。
《汽车振动分析》总结王荣(重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆 400074）摘要：本课程由浅入深、循序渐进,从单自由度系统的简单问题逐渐加深到多自由度的分析，甚至是无限自由度系统，并从简单激励的振系逐渐推广到随机激振振系。
作为汽车理论及汽车设计等课程的基础，其对于分析汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、发动机的减振和隔离等具有良好的参考价值。
关键词:单自由度;多自由度；简单激振；随机激振The Conclusion of “Automotive VibrationAnalysis”Abstract: The course progressively， step by step, gradually discusses from the simple question of a single degree of freedom system to the analysis of a multi—degree of freedom system， even to the analysis of the infinite degree of freedom system. In addition， the course extends from simple energized vibration system to random energized vibration system. As the basis of Vehicle Theory and Vehicle Design, this course has direct reference value for the analysis of vehicle ride, comfort of passenger， engine vibration damping and isolation.Keywords：Single-Degree—of-Freedom; Multi—Degree—of—Freedom; Simple Energized Vibration System ;Random Energized Vibration System0 引言随着科学技术的日新月异和人民生活水平的日益提高，人们对汽车的动态性能,例如：汽车行驶的舒适性，操纵的稳定性，车内噪声水平及音质等等——提出了愈来愈高的要求。
《2024年汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》范文
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言汽车作为现代社会出行的重要工具，其舒适性和安全性已成为消费者选购车辆的重要考量因素。
动力总成悬置系统作为汽车的重要组成部分，其性能直接影响到整车的振动噪声水平及乘坐舒适性。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析，并进行优化设计，对于提升汽车性能具有重要意义。
本文将就汽车动力总成悬置系统的振动分析及优化设计进行探讨。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统主要由发动机、变速箱、传动系统等组成，其作用是将发动机产生的动力传递至车轮，同时起到减震、降噪、提高乘坐舒适性的作用。
该系统的性能直接影响到整车的运行平稳性和乘坐舒适性。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析1. 振动产生原因汽车动力总成悬置系统的振动主要来源于发动机的燃烧、气缸内的工作过程、燃油的喷入以及各种力的相互作用等因素。
此外，路面不平、车身结构等因素也会对系统产生一定的振动影响。
2. 振动分析方法针对汽车动力总成悬置系统的振动分析，可采用理论分析、仿真分析和实车测试等方法。
理论分析主要依据动力学原理和弹性力学原理对系统进行建模和分析；仿真分析则通过建立系统的有限元模型，对系统进行动力学仿真分析；实车测试则是通过在真实环境下对车辆进行测试，获取系统的振动数据。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计1. 设计目标汽车动力总成悬置系统的优化设计目标主要包括降低系统振动、提高乘坐舒适性、减少噪声等。
通过对系统进行优化设计，可提高整车的性能和品质。
2. 优化设计方法（1）材料选择：选用高强度、轻量化的材料，如铝合金、复合材料等，以降低系统重量，提高刚度和减震性能。
（2）结构优化：通过优化结构布局和刚度分配，使系统在受到外界力时能够快速恢复稳定状态，减少振动。
（3）主动控制技术：采用主动控制技术，如主动悬挂系统、电磁减震器等，对系统进行实时控制，以降低振动和噪声。
（4）仿真分析：利用仿真软件对系统进行动力学仿真分析，预测系统的振动性能，为优化设计提供依据。
汽车发动机的振动分析
汽车发动机的振动分析汽车作为现代社会中不可或缺的交通工具，其发动机的性能和稳定性至关重要。
而发动机的振动问题，不仅会影响到驾驶的舒适性，还可能对发动机的零部件造成损害，缩短其使用寿命。
因此，对汽车发动机的振动进行深入分析具有重要的现实意义。
首先，我们需要了解汽车发动机振动产生的原因。
发动机内部的燃烧过程是产生振动的主要源头之一。
在每个工作循环中，燃油在气缸内燃烧，产生的爆发力推动活塞运动。
这种爆发力并非均匀且持续的，而是瞬间的、脉冲式的，从而导致了活塞、连杆等部件的往复运动产生振动。
其次，机械部件的不平衡也是引起振动的重要因素。
例如，曲轴的质量分布不均匀，旋转时就会产生离心力，导致振动。
同样，飞轮、皮带轮等部件如果存在制造或安装上的偏差，也会引起不平衡振动。
另外，气门的开闭动作、配气机构的运动以及传动系统的齿轮啮合等，都会产生一定的振动。
而且，发动机与车架之间的连接方式和支撑结构的刚度不足，也会使得发动机的振动传递到车身，进一步放大振动的影响。
那么，如何对汽车发动机的振动进行测量和分析呢？常见的方法有使用加速度传感器。
这些传感器可以安装在发动机的不同部位，如缸体、缸盖、曲轴箱等，测量振动的加速度信号。
通过对这些信号进行采集和处理，可以得到振动的频率、幅值等特征参数。
频谱分析是一种常用的处理振动信号的手段。
它可以将复杂的振动信号分解为不同频率的成分，帮助我们找出主要的振动频率和对应的振源。
例如，如果在频谱中发现某个特定频率的振动幅值较大，就可以通过分析发动机的结构和工作原理，判断该频率可能与哪个部件的运动相关。
除了频谱分析，时域分析也是重要的方法之一。
通过观察振动信号在时间轴上的变化，可以了解振动的趋势和周期性。
此外，还可以使用模态分析技术，确定发动机结构的固有振动特性，如固有频率和振型，从而为优化设计提供依据。
对于汽车发动机的振动控制，有多种策略可以采用。
在设计阶段，可以通过优化发动机的结构来减少振动的产生。
汽车振动与噪声控制2.pdf
机械振动有哪些类型
2.按振动系统的自由度数分类
多自由度系统振动——确定系统在振动过程中任何瞬 时几何位置需要多个独立坐标的振动；
机械振动有哪些类型
3.按系统的响应（输出振动规律）分类
周期振动——能用时间的周期函数表示系统响应的振动； 瞬态振动——只能用时间的非周期衰减函数表示系统响应 的振动； 随机振动——不能用简单函数或函数的组合表达运动规律， 而只能用统计方法表示系统响应的振动。(汽车行驶在路面)
Steer转向
Body车身
Suspension悬架 Chair座椅
Tire轮胎
Br论是分析任何机器和结构的动态特性的理 论基础之一
• 汽车的动态性能：汽车行驶的舒适性、操纵稳定 性、车内噪声水平以及音质等。
• 汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、发动机减振和 隔振、车身结构的模态分析均以振动为基础。
量纲： m:kg k:N/m c: N.s/m
如何进行机械振动的分析研究
• 理论分析
数学工具
解析 解
实际 力学原理 微分
振动
系统
方程 计算机
数值 解
特性
• 建立系统力学模型：将所研究的对象以及外界
对其作用简化为一个即简单又能在动态特性方面与 原来研究对象等效的力学模型
• 建立运动微分方程并求解，得出响应规律
汽车振动与噪声控制 Control of Vibration and Noise
in Road Vehicles
2012.秋
内容安排
• 第1章 振动理论基础 • 第2章 声学理论基础 • 第3章 发动机振动分析与控制 • 第4章 动力传动及转向系统振动 • 第5章 汽车平顺性 • 第6章 发动机及动力总成噪声 • 第7章 底盘系统噪声 • 第8章 车身及整车噪声
汽车动力系统噪声与振动控制技术研究
汽车动力系统噪声与振动控制技术研究汽车动力系统噪声与振动控制技术研究汽车是现代社会不可或缺的交通工具，而汽车动力系统噪声和振动问题一直是制约汽车行驶舒适性和安全性的因素。
因此，汽车动力系统噪声和振动控制技术的研究一直是汽车工业领域的热点之一。
汽车动力系统噪声和振动的来源主要包括发动机、变速器、传动轴、驱动桥等部件。
这些部件在运转过程中会产生各种噪声和振动，其中发动机是主要的噪声和振动源。
发动机的噪声和振动主要来自于燃烧过程、气门机构、曲轴连杆机构、活塞环等部件的运动。
为了控制汽车动力系统的噪声和振动，目前主要采用以下几种技术：1. 声学设计技术声学设计技术是通过优化汽车发动机和车身的结构设计来降低噪声和振动。
例如，在发动机的进气和排气系统中加装消音器、在发动机周围安装隔音材料等措施可以有效地降低发动机的噪声和振动。
2. 主动噪声控制技术主动噪声控制技术是通过在汽车内部安装传感器、控制器和扬声器等设备来实现噪声的反相干涉，从而达到降低噪声的目的。
这种技术可以有效地降低低频噪声，但对高频噪声的控制效果较差。
3. 振动控制技术振动控制技术是通过在汽车结构中安装减振器、阻尼器等装置来消除振动。
例如，在发动机和变速器之间加装减振器、在车身结构中加装阻尼材料等措施可以有效地降低汽车的振动。
除了以上技术外，还有一些新兴的技术正在逐渐应用于汽车动力系统噪声和振动控制中，如无源噪声控制技术、智能材料技术等。
无论采用哪种技术，汽车动力系统噪声和振动控制都需要进行精确的测试和分析。
目前，常用的测试方法包括模态分析、频响分析、传递路径分析等。
这些测试方法可以帮助工程师了解汽车动力系统中各部件的振动特性，进而优化设计和控制方案。
总之，汽车动力系统噪声和振动控制技术是汽车工业领域中不可或缺的一部分。
随着科技的不断进步，相信未来会有更多更先进的技术被应用于汽车动力系统噪声和振动控制中，为人们创造更加舒适、安全的出行环境。
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车动力总成悬置系统的性能对整车舒适性和耐久性的影响日益显著。
汽车动力总成悬置系统作为连接发动机和车身的重要部分，其振动特性的优劣直接关系到整车的运行平稳性和乘坐舒适性。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析及优化设计显得尤为重要。
本文旨在探讨汽车动力总成悬置系统的振动分析方法及优化设计策略。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统主要由发动机、悬置支架、橡胶衬套、减震器等组成，其作用是支撑和固定发动机，减少发动机振动对整车的影响，保证车辆行驶的平稳性和乘坐的舒适性。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析1. 振动来源分析汽车动力总成悬置系统的振动主要来源于发动机的运转和路面传递的振动。
发动机的运转会引发振动和噪声，这些振动和噪声会通过悬置系统传递到整车。
此外，路面不平度等外界因素也会引起汽车的振动，进而影响到动力总成悬置系统的稳定性。
2. 振动传递路径分析汽车动力总成悬置系统的振动传递路径主要包括发动机与悬置支架之间的连接、悬置支架与车身之间的连接等。
在振动传递过程中，各部分之间的相互作用和影响会导致振动的传递和衰减过程复杂多变。
3. 振动特性分析针对汽车动力总成悬置系统的振动特性，可采用实验和仿真分析方法。
实验方法主要包括模态测试、频谱分析等，可获取系统在不同工况下的振动特性；仿真分析则可通过建立动力学模型，分析系统在不同参数下的振动响应。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计针对汽车动力总成悬置系统的振动问题，可采取以下优化设计策略：1. 材料选择与结构优化选用高强度、低刚度的材料，如铝合金等，以减轻系统重量，提高系统刚度和减震性能。
同时，对系统结构进行优化设计，如改进悬置支架的结构布局、优化橡胶衬套的形状和硬度等。
2. 动力学参数优化通过仿真分析，调整系统动力学参数，如刚度、阻尼等，以改善系统的振动特性。
同时，根据实际工况和需求，合理匹配发动机与车身的连接方式，以降低整车的振动水平。
第二讲 第三部分 汽车发动机的爆震模式识别
第六讲汽车发动机的爆震模式识别6.1 技术背景6.1.1 爆震的现象汽车发动机气缸内正常燃烧是从火花塞位置开始，逐步平滑燃烧到缸壁。
而当未燃混合气的温度或压力超出临界值，可导致爆震，此时末端混合气自燃，产生冲击波使缸压突然上升，同时冲击波使缸体产生共振，共振频率与缸径、燃烧温度等因素有关。
在两种不同情况下形成的爆震有区别，一是发动机低速大负荷时加速过程的爆震，这时能清晰听到敲缸声。
另一种是高速大负荷的爆震，这时爆震噪声可能被发动机其它噪音所掩盖，人耳未必能听到。
发动机一旦产生爆震其危害极大，它会引起发动机功率下降，油耗骤增，严重时还会使发动机的气缸壁、活塞、活塞环、气门、连杆及其连杆轴承等运动件变形损坏。
所以对发动机爆震进行检测，并及时实施有效的控制是非常必要的。
爆震产生的共振基本频率一般在5KHz至7KHz之间，即使同一个发动机，其基本频率可能有±400Hz的偏移。
另外，从基频到20KHz之间，还存在2至4个峰值频率。
6.1.2 爆震测量爆震测量分直接测量与间接测量。
所谓直接测量是指每个气缸内都安装压力传感器，直接测量缸压变化，这种方法最直接，但成本高昂，仅限于研究应用，不适于批量生产的汽车应用。
间接测量是采用压电振动传感器，测量缸体的共振，这种方法简单，传感器便宜且安装方便。
现在一般采用宽频爆震传感器，而不是峰值型爆震传感器，在低于20KHz的范围内，不存在调制峰值。
这类传感器能适用于各种型号的发动机，但是传感器输出信号很容易混杂发动机的其它振动噪音，特别是发动机高速运转时，背景噪音特别大，对信号处理与模式识别提出了很高的要求。
6.2 爆震模式识别方法爆震识别是典型的一维信号模式识别问题。
所谓模式识别是指对客观对象进行描述与分类的科学。
具体地说，就是用计算机实现人的模式识别能力。
模式识别的特有概念是相似度，模式识别的任务就是根据对象特征把相似的对象分类。
所以模式识别的关键是确定对象的特征。
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车动力总成悬置系统的性能已成为决定汽车乘坐舒适性和驾驶稳定性的关键因素之一。
然而，由于动力总成系统在运行过程中产生的振动和噪音，严重影响了汽车的性能和使用寿命。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析，并进行优化设计，具有重要的理论价值和实践意义。
本文将重点对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析，并探讨其优化设计的方法和措施。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统主要由发动机、变速器、离合器等组成，是汽车的核心部件之一。
其作用是支撑和固定动力总成，减少振动和噪音的传递，保证汽车行驶的平稳性和舒适性。
然而，由于动力总成系统的复杂性和运行环境的多样性，使得其振动问题较为突出。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析（一）振动产生的原因汽车动力总成悬置系统振动产生的原因主要包括发动机的燃烧过程、变速器的齿轮啮合、离合器的接合与分离等。
此外，道路不平度、车辆行驶速度等因素也会对系统振动产生影响。
（二）振动分析的方法目前，常用的汽车动力总成悬置系统振动分析方法包括实验分析和仿真分析。
实验分析主要通过在真实环境下对系统进行测试，获取其振动数据；仿真分析则通过建立系统的数学模型，利用计算机软件进行模拟分析。
（三）振动的影响汽车动力总成悬置系统的振动会直接影响汽车的乘坐舒适性和驾驶稳定性。
同时，长时间的振动还会导致系统零部件的磨损和损坏，影响汽车的使用寿命。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计（一）优化设计的目标汽车动力总成悬置系统优化设计的目标主要包括提高汽车的乘坐舒适性和驾驶稳定性，延长汽车的使用寿命，降低噪音和振动等。
（二）优化设计的措施1. 改进材料：采用高强度、轻量化的材料，提高系统的刚度和减振性能。
2. 优化结构：通过改变系统的结构形式和参数，如增加橡胶减振器、调整悬置点的位置等，提高系统的减振效果。
3. 智能控制：利用现代控制技术，如主动悬挂系统、半主动悬挂系统等，实现对系统振动的主动控制。
汽车发动机的振动分析与控制
(3.2-3)
令TF= TD= TR,TR称作传递率。TR随ζ和λ变化曲线如
图3.2-3，由图可见：
（1）λ=0，λ= 2 时，TR=1，与阻尼无关，传递的
力或位移与施加给系统的力或位移相等；
（2）0＜λ＜ 2 时，传递的力或位移都比施加的力
或位移大
（3）λ＞ 2 时，TR随激励频率的增大而减小。
M主
=
Pt h
=
Pt r
sin(α
+
β)
=
Pg
sin(α + β) cos β
r
+
Pj
sin(α + β) cos β
r
=
M
p
+
M
j（3.1-10）
可见，气体压力和往复惯性力对曲轴产生周期
性转矩，变动幅值较大，激起曲轴系统的扭转振动。
根据作用力与反作用力，活塞作用在缸体上的侧向
压力为
，它所产生的反力矩使发动机缸体
Nx = Pg + Pj − Pr cosα Ny = Pg tan β + Pj tan β + Pr sinα
（3.1-13） （3.1-14）
曲轴作用在轴承上的铅垂力
N
′
x
=
Nx
，该力由三部分
组成：气体压力 Pg与作用在发动机气缸顶部的气体
压力 Pg′（ Pg′ = Pg ）互相平衡，不会引起汽车振 动；往复惯性力 Pj 和惯性离心力 Pr 的铅垂分量会
绕水平y轴转动的干扰力矩My等于各缸铅锤干扰力
对y轴的力矩，即
n
n
∑ ∑ M y = (m1 − m2)rω2 li cos(ωt +ϕi ) − m2rω2λ li cos(ωt +ϕi )
3-发动机轴系扭振
特征值EigenValue,即固有频率 特征向量EigenMode,即振型(不超过方程维数,一般取15结) 当扭矩M0时,计算系统强迫振动,有结果: 扭振振幅、轴段扭矩等 对四冲程发动机，主要扭振形式有 四缸机：2, 4, 6等谐次 六缸机：3, 4.5, 6, 7.5, 9等谐次 观察发动机转速范围内的结和谐次
I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11
车辆工程系
I12
Node
Element
理论
Theories
轴系当量化简的基本假定
Cranktrain Equivalent System Assumptions
转动惯量(由EXCITE DESIGNER内部计算或外部输入):
气缸转动惯量 - 气缸内活塞、连杆、曲拐等运动件的转动惯量集中在气缸中 心线位置，采用动能相等原则折算，与曲拐的转动惯量叠加。 1 I ( m j mB )r 2 I q (单列式机) 2 飞轮、推力盘、弹性联轴器等有较大转动惯量的部件，将其转动惯量集中在 各自的中心线位置
以试验结果为最终检测要求。
车辆工程系
理论
Theories
轴系当量系统方程
Cranktrain Equivalent System Dynamic Equation
I1 C12 I2 C23 I3 C34 I4 C45 I5 C56 I6 C67 I7
根据牛二定律,有方程: I1 D12 C12 M 1 I 2 D 23 (C 23 C12 ) M 2
轴系扭振
系统绝对和相对阻尼定义
System Damping with Absolute and Relative Damping
0
k rel
I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11
车辆工程系
I12
Node
Element
理论
Theories
轴系当量化简的基本假定
Cranktrain Equivalent System Assumptions
转动惯量(由EXCITE DESIGNER内部计算或外部输入):
气缸转动惯量 - 气缸内活塞、连杆、曲拐等运动件的转动惯量集中在气缸中 心线位置，采用动能相等原则折算，与曲拐的转动惯量叠加。 1 I ( m j mB )r 2 I q (单列式机) 2 飞轮、推力盘、弹性联轴器等有较大转动惯量的部件，将其转动惯量集中在 各自的中心线位置
以试验结果为最终检测要求。
车辆工程系
理论
Theories
轴系当量系统方程
Cranktrain Equivalent System Dynamic Equation
I1 C12 I2 C23 I3 C34 I4 C45 I5 C56 I6 C67 I7
根据牛二定律,有方程: I1 D12 C12 M 1 I 2 D 23 (C 23 C12 ) M 2
轴系扭振
系统绝对和相对阻尼定义
System Damping with Absolute and Relative Damping
0
k rel
发动机抖动的故障诊断及排除(已处理)
发动机抖动的故障诊断及排除目录第一章绪论 21.1 发动机抖动的类型21.2 发动机抖动的产生机理 31.3 本文论述的主要内容 3第二章发动机怠速抖动的故障诊断及排除 42.1发动机怠速抖动的定义42.2发动机怠速抖动的原因42.3怠速抖动的诊断方法82.4发动机怠速抖动的常见系统故障排除9第三章发动机起步抖动的故障诊断及排除 173.1 故障描述173.2汽车起步时发动机抖动的原因183.3汽车离合器摩擦力矩不稳定对起步抖动的影响18 3.4汽车离合器摩擦力矩不稳定对起步抖动的影响19 3.5起步抖动与摩擦系数的关系及解决方案20第四章发动机制动抖动的故障诊断234.1发动机制动抖动的论述234.2制动性能参数分析 234.3制动抖动的产生根源23第五章发动机运转抖动的故障诊断及排除 255.1发动机运转抖动的描述255.2发动机高速运转时的抖动或跳动现象、原因及解决办法26第六章全文总结及展望266.1 全文总结: 266.2 不足与展望26致谢28参考文献29第一章绪论1.1 发动机抖动的类型自发动机诞生以来,改善其动力性能、提高经济性、舒适性、降低其抖动强度,一直是从事发动机设计人员努力的目标。
但是采用曲柄连杆机构的发动机,由于结复杂、气缸的做功过程不连续,其惯性力和气压力都具有强烈的冲击和宽频带激作用;此外,发动机还有各种系统和部件,它们存在各式各样的作用力。
所以,由此产生的发动机抖动,其特点是多振源、宽频带、形态复杂、不可能用一种抖动类型加以概括,本文重点介绍发动机的四种常见抖动故障和排除方法。
1.1.1 怠速抖动汽车发动机怠速抖动是实际运用中的一个难题。
讨论了发动机机体正常振动时的激振源和振动形式, 并运用机械振动理论, 研究了怠速抖动时它们的变化。
指出, 由于发动机的各种故障会引起个别气缸气体作用力减小, 导致总的反倒力矩平衡性恶化, 致使发动机横向摆动加大, 出现怠速抖动。
1.1.2起步抖动起步抖动是汽车常见的一种故障,具体表现为:在汽车起步时尽管缓慢抬高离合器踏板,缓慢踩下加速踏板,但在结合离合器时汽车不是平稳的起步加速,而是断续接通动力,且出现全车振动,有明显的冲撞感觉。
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制(1)
- I -
重庆大学硕士学位论文
ABSTRACT
Due to the more stringent legislations of vehicle noise and emission as well as the increasing expectation by the consumers, researches on the noise, vibration and harshness (NVH) have become more important in recent years. The traditional cranktrain torsional vibration analysis method is time consuming and needs a lot of experiments to validation in order to gain the high accurate results. The new method which combines finite element method (FEM) and multibody system simulation (MSS) appeared as an alternative choice. This new method has changed the engine design process greatly by employing simulation technique instead of costly experiments (TEST CELL). This paper lucubrated the approach of modeling engine cranktrain MSS simulation model, the analysis model with flexible crankshaft ,flexible con rod and engine block is implemented. The dynamic vibration behavior of cranktrain is obtained after vibration characteristic analysis. Furthermore, the complete dynamic behavior is achieved through forced torsional vibration analysis. On the basis of analysis result, this paper designed torsional damper and optimized the basic parameters of cranktrain. The general rules of structure modification’ s influence on system vibration behavior is researched and simula的研究现状
汽车振动与噪声控制(第二版)
汽车振动与噪声控制（第二版）
第一章振动理论基础
第一节介绍
第二节单自由度系统
第三节多自由度系统
第四节连续系统振动
第五节随机振动分析基础
练习题
第二章声学理论基础
第一节波动方程与声的基本性质
第二节声传播及结构声辐射
第三节声阻抗、声强及声功率
第四节噪声及其控制技术
练习题
第三章汽车发动机的振动分析与控制
第一节发动机的振动激励源分析
第二节发动机隔振技术
第三节发动机气门振动
练习题
第四章汽车动力传动及转向系统振动
第一节振动分析的传递矩阵法
第二节汽车动力传动系统振动
第三节汽车转向系统振动
第四节汽车制动时的振动
练习题
第五章汽车平顺性
第一节平顺性定义
第二节人体反应与平顺性评价
第三节道路路面不平度的统计描述
第四节平顺性分析
第五节影响汽车平顺性的结构因素
练习题
第六章发动机及动力总成噪声
第一节发动机及动力总成噪声分析与控制
第二节传动系噪声
第三节发动机的空气动力噪声
练习题
第七章底盘系统噪声
第一节轮胎噪声
第二节制动噪声
练习题
第八章车身及整车噪声
第一节车身结构噪声及其控制
第二节车内噪声
第三节汽车整车噪声及其控制第四节汽车噪声有源控制
练习题。
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制
汽车发动机曲轴扭转振动分析及控制社会经济在进行着快速的发展中，人们对于汽车的使用量也在逐渐的增加，我国对于汽车建设中是要求也越加严苛。
在汽车公司进行汽车设计的过程中，对于发动机及行驶中的稳定程度越加重视。
汽车发动机曲轴扭转振动是汽车公司在对于发动机研究中的热点课题。
本为对于发动机的曲轴扭转技术进行较为全面的分析。
标签：曲轴系；扭转振动；优化设计0 前言增加对于汽车发动机的振动分析与控制，在一定程度上面可以将汽车的内部结构进行优化，增加发动机的使用时间与汽车行驶过程中的稳定性能。
曲轴扭转是发动机在工作过程中的主要部件，性能的好坏将直接对于汽车的整体性能进行影响。
本文主要对于汽车中的曲轴扭转振动进行分析研究，这项研究是十分具有实际意义的。
1 汽车发动机曲轴扭转振动系统理论分析1.1 ADAMS多刚体动力学理论ADAMS动力学理论主要使用坐标方程式进行汽车在行驶中的发动机系统的分析。
在ADAMS动力学理论中，将动力系统内的关性参考系中的坐标与方位坐标进行标注，并使用相对应的数学方程式进行多余坐标的约束，进而将已经标注的坐标进行变量。
在对于动力学的分析过程中，使用数学方程式可以将计算的效率进行大幅度提升。
1.2 ADAMS多柔体动力学理论在进行汽车生产建设中，在机械系统中已经广泛使用柔性材料，是生产设备运行中速度较快，但是运行的精度也在不断的提升，设备内的动力学性能变得更加繁琐。
刚性研究体系已经不能满足对于动力学的研究，因此柔体动力学理论就在这种情况下产生。
这种研究体系一般情况下是以刚性动力学体系作为参照依据，在对于柔体的研究中进常采用不同的处理形式。
在一定程度上面刚性与柔性的个、动力学体系进行共同使用，可以对系统中的动力学进行更加全面的认识[1]。
2 曲轴动力学研究模型2.1 三维几何模型三维几何模型可以将曲轴系统的中每个零件间的关系进行清晰的展示。
按照零件的规格与参数，利用相对应的三维软件就可以建立相对应的三维几何模型。
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发动机悬置系统可简化为如 图所示的力学模型。 发动机总成简化为空间刚体, 具有6个自由度，广义坐标矢 T 量为 Q = x y z θ xθ y θ z } 坐标系原点在平衡位置的中 心上，x轴平行于曲轴轴向指 向前方，y轴垂直于各气缸中 心线所在的平面指向发动机 右侧，z轴铅垂向上。 发动机的弹性支承一般有液力 支承和橡胶支承，橡胶支承 因成本低、可靠性好而得到 广泛应用。
{
2.发动机悬置系统的质量矩阵和刚度矩阵 发动机总成作刚体运动时的动能为 1 2 T = (mx + my2 + mz2 + Jxθx2 + Jyθy2 + Jzθz2) − Jxyθxθy − Jyzθyθz − Jxzθxθz 2 1 T 矩阵形式 T = Q MQ (3.2-5) 2 质量矩阵M是对称矩阵
i =1
往复惯性力的合力
∑P
j
= m 2 rω
2
∑ cos(ωt + ϕ ) + m rω λ ∑ cos(ωt + ϕ )
2 i =1 i 2 i =1 i
n
n
总铅锤干扰力为
Px =
（3.1-15） 水平干扰力仅与惯性离心力Pr的水平分量有关 Py = ∑ Pry = m1rω 2 ∑ sin(ω t + ϕ i ) （3.1-16）
经弹簧传给地基的力： Fs = kx = kX sin(ω t − ϕ ) 经阻尼器传给地基的力： Fd = cx = cω X cos(ωt − ϕ ) 传给地基的力最大值FT为：T = (kX )2 + (cω X )2 = kX 1 + (2ζλ )2 F 式中，λ = ω / ω ；ω为激振力频率；ωn = k / m 为隔振装 置的固有频率。 Fo X= 系统稳态响应的振幅为 k (1 − λ 2 )2 + (2ζλ ) 2 则 Fo 1 + (2ζλ ) 2
2.单缸发动机的总激励源 发动机工作时，曲柄连杆机构上的主动力是 π D2 (3.1-7) Pg = ( pg −1) 4 pg 为 式中， 活塞顶面上 气体的爆发 压力；D为 活塞直径。
由图3.1-2可写出活塞受力平衡方程
∑F
∑F
x
=0
=0
P cos β −(P + Pj ) = 0 t g
Pt sin β − Pn = 0
rx j
∑P
+
∑P
M y = (m1 − m2 )rω 2 ∑ li cos(ωt + ϕi ) − m2 rω 2λ ∑ li cos(ωt + ϕi )
i =1 i =1
绕水平y轴转动的干扰力矩My等于各缸铅锤干扰力 对y轴的力矩，即 n n （3.1-17）
li 为第i个曲柄到简化中心的距离。
隔振后稳态响应的振幅为
1 + (2ζ ) 2 X =Y (1 − λ 2 ) 2 + (2ζλ ) 2
位移传递率TD是评价被动隔振效果的指标 (3.2-3) X 1+ (2ζλ)2
TD = Y = (1− λ 2 )2 + (2ζλ)2
令TF= TD= TR,TR称作传递率。TR随ζ和λ变化曲线如 图3.2-3，由图可见： （1）λ=0，λ= 2 时，TR=1，与阻尼无关，传递的 力或位移与施加给系统的力或位移相等； （2）0＜λ＜ 2 时，传递的力或位移都比施加的力 或位移大 （3）λ＞ 2 时，TR随激励频率的增大而减小。
i =1 i =i
cos β i
3.2发动机隔振设计
3.2.1隔振原理 隔振分为两种：主动隔振、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，称为主动隔振。 设机器的铅垂不平衡力 F (t ) = F0 sin ωt 振源未隔离前如图a)，激振力 F0 sin ω t 它传到地基上的力就是原激力 F0 sin ωt 隔 振后如图b)，经隔振装置传递到地基 上的力分两部分：
（3.1-8）
y
可得连杆的轴向力 P 和活塞的侧向压力 Pn ： t
Pt = Pg + P j cos β
（3.1-9）
P = (P + Pj )tan β n g
使曲轴旋转的主动力矩为
M主 = Ph = Pr sin(α + β ) = Pg t t sin(α + β ) sin(α + β ) r + Pj r = M p + M j （3.1-10） cos β cos β
K = Ti T C iT D i C i Ti ∑
i =1 n
(3.2-14)
3.发动机悬置系统的固有频率和振型 系统的无阻尼自由振动微分方程为
MQ + KQ = 0
(3.2-15)
Q = X sin (ω t + ϕ ) 设方程的解为 代入方程（3.2-15）最终得 AX = ω 2 X (3.2-16) 上式即为实对称广义特征值问题，可以用计算机求 得固有频率ωi和固有模态φi 根据多自由度系统振动理论知，当系统的激振力频 率与某一固有频率相等时，会产生共振现象，故应 合理选择支承垫的刚性，使固有频率不在经常使用 的转速范围内。 4.动能广义坐标的分布及分布矩阵 发动机动力总成受迫振动时，系统产生沿多个广 义坐标的振动，沿x、y、z三轴的位移，绕三轴的 转动 θx、θy、θz 。激振力（矩）作的功转化为系统沿 多个广义坐标的动能和势能，沿某一广义坐标振动 的动能和势能之和为常数。
系统以第j阶模态振动时，可设有
Q = φi sin(ω j t + ϕi )
Q = ω jφ j cos(ω j t + ϕ j )
（j=1,2,…,6）
第j阶模态振动的最大总动能
6 1 T 1 2 T 1 2 6 6 Etol = Qmax MQmax = ω jφ j Mφ j = ω j ∑∑ (M klφkjφlj ) = ∑ Eki （a） 2 2 2 k =1 l =1 k =1 j
第三章
汽车发动机的振动分 析与控制
本章内容
发动机的振动激励源分析
单缸发动机的振动激励源 多缸发动机的振动激励源
发动机隔振技术
隔振原理 发动机悬置系统动力学模型及优化设计
发动机气门振动
发动机气门振动模型 发动机气门振动控制措施
3.1 发动机的振动源分析
3.1.1单缸发动机的激励源 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，因此动力总成以及其与 车架相连的支承元件所组成的发动机悬置系统是汽 车振动系统中重要的子系统。 1.惯性力激励源 讨论发动机振动时,在保持重心位置和总质量不变的 条件下，把整套曲柄连杆机构的质量用集中在曲柄 销与活塞销上的两质量代替。曲柄连杆机构可简化 为图3.1-1所示的系统。
质量m1由曲柄销、曲柄和连 杆大端组成，m1产生回转离 心力；质量m2由活塞组和连 杆小端组成，m2产生往复惯 性力。 集中在曲柄销上的质量m1作 等速圆周运动，惯性离心 力为
Pr = m1rω 2 （3.1-1） 式中，ω为曲轴角速度。
式（3.1-1）为单缸发动机回转部分的离心力，其 大小不变，方向随着曲柄回转且总是沿着曲柄半径 方向向外作用。 集中在活塞销上的质量m2作上下往复运动，由图 3.1-1所示的几何关系，m2沿x轴的位移 x = O C + C A = O B cos α + A B cos β = r cos α + l cos β 1 = r (cos α + cos β ) （3.1-2） λ 式中， =r/l 为曲柄半径与连杆长度之比。 λ 由图中△ABC和△OAB的几何关系，可得 λ2 λ （3.1-3） x = l (1 − ) + r (cos ω t + cos 2ω t )
4 4
式（3.1-3）是活塞位移的近似公式。 于是可求速度和加速度，为 λ dx x= = − rω (sin ω t + sin 2ω t )
dt 2 d2x x = 2 = −rω2 (cosωt + λ cos2ωt) dt
（3.1-4） （3.1-5）
集中质量m2的往复惯性力为
（3.1-6） Pj = m2 x = −m2 rω 2 cos ωt − m2λ rω 2 cos 2ωt 由上式可见，单缸发动机中往复运动部分的惯性力 由两部分组成：（1）幅值为m2rω2，变化频率为 ω；（2）幅值为m2rλω2，变化频率为2ω。
0 ⎡m 0 0 ⎢0 m 0 0 ⎢ ⎢0 0 m 0 M =⎢ Jx ⎢0 0 0 ⎢ 0 0 0 − J xy ⎢ ⎢ 0 0 0 − J zx ⎣ 0 0 0 − J xy Jy − J yz 0 ⎤ 0 ⎥ ⎥ 0 ⎥ ⎥ − J zx ⎥ − J yz ⎥ ⎥ Jz ⎥ ⎦
若x、y、z轴是发动机总成的惯性主轴, 则 Jxy = Jxz = Jyz = 0 ,质量矩阵M的非对角元素都为零。 设发动机悬置系统有n个支承元件，各支承元件位 置坐标分别为（ xi、yi、z），安装角度由三个欧拉角 i θui、θvi、θsi 确定。 经过一系列推导可得系统在广义坐标系中的刚度矩阵
∑F
（3.1-12）
y
=0
N y − Pt sin β − Pr sin α = 0
可得支承的反作用力
N x = Pg + Pj − Pr cos α N y = Pg tan β + Pj tan β + Pr sin α
（3.1-13） （3.1-14）
曲轴作用在轴承上的铅垂力 N x′ = N x ，该力由三部分 组成：气体压力 Pg 与作用在发动机气缸顶部的气体 压力 Pg ′ （ P ′ = P ）互相平衡，不会引起汽车振 g g 动；往复惯性力 Pj 和惯性离心力 Pr 的铅垂分量会 传到车架上，引起整车的铅锤振动。 ′ 曲轴作用在轴承上的水平力为 N y( N y′ = N y)也由三部 分组成：其中，气体压力和往复惯性力与活塞对缸 壁的压力（ Pg tan β + Pj tan β = P′ ）构成反转力偶，即为式 n （3.1-11）。该反转力矩将通过发动机支承点传到 车架上，使整车产生横向摆动；旋转质量的惯性离 心力的水平分量传到车架上，引起整车水平振动。