动力传动系统扭转振动的分析及控制
任丽丽;施善;刘友波
【摘 要】随着国内汽车企业对车辆质量要求的升级，噪声振动的控制技术备受重视，来自系统设计相关的噪声振动需要靠实车测试及计算机模拟的配合来解决。动力传动系统的扭转共振就是一个这样的噪声振动问题，利用系统化步骤解决这个问题的优点是它适用于各种类型的车辆，仿真模拟是解决这个问题的核心技术。首先根据发动机到车桥整个动力系各单元部件的转动惯量、扭转刚度及阻尼来建振动力学模型，然后分析系统的自然频率、模态及频响，进行数模的开发过程与测试对比，这种方法对车辆性能优化问题非常有效。%Vehicle NVH control has gained
increasing attention of domestic auto makers in an effort to promote
vehicle’s quality. To solve the problem, the integrated product testing
and simulation modeling are necessary. One example of system NVH
problem that can be benefited by this approach is the powertrain torsional
vibration. The key technology in this approach is the development of an
effective simulation model. First of all, dynamic parameters such as the
torsional stiffness, moment of inertia and torsional damping of individual
parts are measured or calculated. Then, these parameters are used to
《机械原理》ppt课件目录
•机械原理概述
•机构的结构分析与设计
•机械传动与驱动
•机械系统动力学与振动
•机械制造工艺与装备
•现代机械设计方法与展望
01
机械原理概述
Chapter
定义
机械原理是研究机械系统中力和运动传递、转换及其控制规律的科学。
重要性
机械原理是机械工程学科的基础理论，为机械设计、制造、控制等提供理论支
撑，对于培养机械工程师的创新能力和解决复杂问题的能力具有重要意义。机械原理的定义与重要性研究对象
主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电
动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容
包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与
调速等。机械原理的研究对象和内容从古代简单机械到现代复杂机械系统，经历了漫长
的发展历程，逐渐形成了完整的理论体系。随着计算机技术的发展，机械原理的研究方法和手
段不断更新，正向数字化、智能化方向发展；同时，
随着新材料、新工艺的出现，机械原理的应用领域
也在不断扩展。
发展历程
发展趋势机械原理的发展历程和趋势
02
机构的结构分析与设计
Chapter机构定义
由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。机构分类
根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。运动副类型
包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。机构的基本概念和分类
结构分析
通过自由度计算、运动链分析等
方法，确定机构的组成、运动特
性和约束条件。综合方法
基于功能需求，选择合适的机构
类型，进行组合、变异和演化，
设计出满足特定要求的机构。创新设计
运用创新思维和现代设计方法，
如拓扑优化、仿生学等，进行机
构创新设计。机构的结构分析和综合方法
满足功能需求、结构简单、制造容易、运行可靠、成本低廉等。设计原则
包括经验设计、类比设计、优化设计等。其中优化设计可采用数学规划、遗传算法等方法进行优化计算，得到最优设计方案。设计方法
通过典型案例分析，了解机构设计的实际应用和注意事项。如汽车发动机配气机构、工业机器人手臂机构等。
基于7自由度模型的整车振动分析
7自由度模型是指将整车简化为具有七个独立振动自由度的系统，包括车体的纵向、横向和垂向振动、车体的横摇、纵摇和俯仰振动以及车轮的转动。这个模型的基本假设是车体和车轮之间的振动是相互独立的。
整车振动分析的目的是评估整车在不同运动条件下的振动响应，找出潜在的振动问题并提供解决方案。以下是整车振动分析的主要内容：
1.路面激振分析：通过设置不同的路面输入谱，模拟车辆在真实道路上行驶的振动情况。通过分析车体和车轮的响应，可以评估整车的舒适性和稳定性。
2.悬架系统分析：悬架系统是减震和减振的关键部件，它可以减少车辆振动对乘坐舒适性和行驶稳定性的影响。整车振动分析可以评估悬架系统的性能，并优化悬架参数以提高车辆的悬挂性能。
3.车体结构分析：车体结构的刚度和材料特性对整车的振动性能有着重要影响。通过建立车体的有限元模型，可以评估不同结构参数和材料的振动响应，并进行优化设计。
4.动力系统分析：动力系统的工作也会对整车的振动产生影响。通过分析发动机和传动系统的振动响应，可以评估动力系统的性能，并优化系统的设计以降低振动。
整车振动分析可以采用各种计算方法和仿真工具进行，包括有限元方法、多体动力学模拟、多物理场耦合仿真等。这些分析结果可以为整车设计提供指导，并减少开发过程中出现的振动问题。 总之，基于7自由度模型的整车振动分析是一种有效的评估整车振动性能的方法，可以帮助优化整车的舒适性、稳定性和振动抑制能力。
机械齿轮传动系统的动力学分析与优化
齿轮传动是一种常见的动力传递机构，具有传递力矩大、传动效率高等优点，在工业生产中得到广泛应用。但是，由于齿轮传动系统存在着一些固有的问题，如齿轮啮合时的振动和噪音、齿面磨损等，因此对其进行动力学分析和优化是非常重要的。
1. 动力学分析
1.1 齿轮啮合的动力学模型
齿轮啮合过程中，齿轮之间存在着瞬时的压力、速度和加速度变化。可以通过建立齿轮啮合的动力学模型来分析其动态特性。常用的方法包括等效单齿转动法和有限元法。通过分析齿轮齿面接触应力和应力分布，可以预测系统的振动和噪音水平，为后续的优化提供依据。
1.2 动力学参数的测量和计算
为了进行动力学分析，需要测量和计算一些关键参数，如齿轮的啮合刚度、传递误差、滚子轴承的刚度等。其中，传递误差是影响齿轮传动系统性能的重要因素之一，其大小与齿轮加工质量、啮合配合、齿轮轴向和径向跳动等因素有关。通过合理的测量方法和计算模型，可以准确地获取这些参数，并对系统进行分析。
2. 动力学优化
2.1 齿轮传动系统的振动和噪音控制
由于齿轮啮合时的动态特性，齿轮传动系统常常会产生振动和噪音。为了减小振动和噪音的水平，可以从多个方面进行优化，如合理设计齿形、减小啮合间隙、提高齿轮加工精度等。此外，也可以采用减振装置，如弹性联轴器、减震器等，来降低系统的振动能量传递。 2.2 传动效率的提高
传动效率是衡量齿轮传动系统性能的重要指标之一。为了提高传动效率，可以从减小传动误差、改善齿轮表面质量、减小传动间隙等方面入手。此外，合理选择润滑方式和润滑油，也可以有效地降低系统的摩擦和磨损，提高传动效率。
2.3 齿轮传动系统的寿命预测
齿轮传动系统的寿命是评估其使用寿命和可靠性的重要指标。通过综合考虑齿轮的强度、疲劳寿命和磨损等影响因素，可以建立寿命预测模型，对系统进行寿命预测和优化设计。此外，还可以通过监测齿轮的工作状态和健康状况，进行实时的故障诊断和维护。
