第 3 章發(fā)動機的振動分析及控制(42-4學時)

1、汽車振動學3.1發(fā)動機的振動激勵源分析3.2發(fā)動機隔振設計3.3發(fā)動機氣門振動3.1發(fā)動機的振動激勵源分析發(fā)動機的振動激勵源分析3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源3.1.2 多缸發(fā)動機的激勵源多缸發(fā)動機的激勵源 發(fā)動機工作中產生的發(fā)動機工作中產生的不平衡慣性力不平衡慣性力和和力矩力矩是引起是引起汽車振動的主要激勵源之一。汽車振動的主要激勵源之一。1）慣性力激勵源：慣性力激勵源：3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源XX指曲軸旋轉的角度（相對于 軸）指指連桿相對于 軸夾角3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源 對活塞運動分析：對活塞運動分

2、析： 活塞往復慣性力活塞往復慣性力jp3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源2）單缸發(fā)動機總激勵源：單缸發(fā)動機總激勵源：PPjg活塞往復慣性力氣體對活塞壓力PPnt：汽缸壁對活塞支持力：連桿對活塞拉力活塞受力xyPPrtNN曲 軸 離 心 力 連 桿 對 曲 軸 拉 力 （ 不 考 慮 連 桿 重 力 ）和： 發(fā) 動 機 缸 體 對 曲 軸 的 支 持 力曲軸受力活塞爆發(fā)壓力：活塞爆發(fā)壓力：活塞受力平衡方程：活塞受力平衡方程：3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源詳細求解曲軸旋轉主動力矩推導xyPPrtNN、都通過曲軸支點連桿對曲軸拉力會產生旋轉力矩

3、，設活塞離曲軸支點距離為hssin()sinsin=s sinsin()sin()ttrlhrMP hP r主連桿對曲軸拉力相對于支點旋轉力臂：連桿對曲軸拉力相對于支點旋轉力距：xyPPsrtNN、都通過曲軸支點連桿對曲軸拉力會產生旋轉力矩，設活塞離曲軸支點距離為曲軸旋轉主動力矩曲軸旋轉主動力矩：由于該合力矩周期變化，由于該合力矩周期變化，會激起曲軸系統的扭轉振動。會激起曲軸系統的扭轉振動。3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源gj氣體壓力P 和往復慣性力P 使曲軸產生轉動的力矩。活塞反作用缸體力分析活塞反作用缸體力分析：活塞反作用在缸體上活塞反作用在缸體上的力矩使缸體繞

4、曲軸的力矩使缸體繞曲軸軸線反向轉動，數值軸線反向轉動，數值與使曲軸旋轉的主動與使曲軸旋轉的主動力矩相等。力矩相等。3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源曲軸受力平衡方程：曲軸受力平衡方程：3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源指？指？曲軸作用于缸體力分析曲軸作用于缸體力分析：曲軸作用在軸承上曲軸作用在軸承上鉛垂鉛垂力：力：氣體壓力氣體壓力Pg不對車架產生振不對車架產生振動，而往復慣性力動，而往復慣性力Pj和離心和離心慣性力慣性力Pr會引起整車上下振會引起整車上下振動。動。3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源曲軸作用于缸體力分析

5、曲軸作用于缸體力分析：曲軸作用在軸承上曲軸作用在軸承上水平水平力：力：氣體壓力氣體壓力Pg、往復慣性力、往復慣性力Pj引起整車橫擺振動，離心引起整車橫擺振動，離心慣性力慣性力Pr會引起整車水平會引起整車水平振動。振動。3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源3.1.1 3.1.1 單缸發(fā)動機的激勵源單缸發(fā)動機的激勵源mgrjP單缸發(fā)動機受力圖：其中P曲軸離心慣性力活塞往復慣性力氣缸重力缸體繞曲軸缸體繞曲軸軸線反向轉動力矩軸線反向轉動力矩Mz，數值與，數值與使曲軸旋轉的主動力矩相等。使曲軸旋轉的主動力矩相等。氣缸受力 可看成由曲軸聯起來的多個單缸發(fā)動機?？煽闯捎汕S聯起來的多

6、個單缸發(fā)動機。3.1.2 3.1.2 多缸發(fā)動機的激勵源多缸發(fā)動機的激勵源 回轉離心力在垂直方向的合力：回轉離心力在垂直方向的合力：3.1.2 3.1.2 多缸發(fā)動機的激勵源多缸發(fā)動機的激勵源 往復慣性力：往復慣性力： 垂直方向合力：垂直方向合力： 離心慣性力在水平方向分力：離心慣性力在水平方向分力：3.1.2 3.1.2 多缸發(fā)動機的激勵源多缸發(fā)動機的激勵源 繞繞y軸力矩：軸力矩：3.1.2 3.1.2 多缸發(fā)動機的激勵源多缸發(fā)動機的激勵源 繞繞x軸力矩：軸力矩： 繞繞z軸（曲軸軸線）力矩：軸（曲軸軸線）力矩：3.2 發(fā)動機隔振設計發(fā)動機隔振設計3.2.1 隔振原理隔振原理3.2.2 發(fā)動機

7、懸置系統動力學模型及發(fā)動機懸置系統動力學模型及 優(yōu)化設計優(yōu)化設計3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 有效隔振分為兩種：有效隔振分為兩種：和和。：振源是機器本身，使它與地基：振源是機器本身，使它與地基隔離，減少對周圍的影響。隔離，減少對周圍的影響。3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 經彈簧傳遞給地基的力：經彈簧傳遞給地基的力： 經阻尼器傳遞給地基的力：經阻尼器傳遞給地基的力： 傳遞給地基的力的最大值：傳遞給地基的力的最大值：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 根據有阻尼強迫振動分析可知，穩(wěn)態(tài)振幅：根據有阻尼強迫振動分析可知，穩(wěn)態(tài)振幅：則：則：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振

8、原理：振源來自地基，為減少對地基：振源來自地基，為減少對地基對機器的振動影響而采取的措施。對機器的振動影響而采取的措施。3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 隔振后系統穩(wěn)態(tài)響應的振幅：隔振后系統穩(wěn)態(tài)響應的振幅： ：與主動隔振評價指標表達式完全一樣。：與主動隔振評價指標表達式完全一樣。 兩者統稱為兩者統稱為。 評價指標為評價指標為：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理： 1）不論阻尼為多少，只）不論阻尼為多少，只有在頻率比有在頻率比 才有隔才有隔振效果；振效果； 2）在給定某個頻率比的）在給定某個頻率比的值，值， 隔振效果隨著隔振效果隨著阻尼比的減少而降低；阻尼比的減少而降低； 請問：位

9、移傳遞率和隔振效率的關系？16周實驗4：T值的Matlab仿真分析00.511.522.533.5400.511.522.533.5頻 率 比傳遞率T或X/Y e=0.05e=0.10e=0.15e=0.20e=0.375e=0.05;for i=1:100 r(i)=0.04*i; T(i)=(1+(2*e*r(i).2)./(1-r(i).2).2+2*e*r(i).2).0.5; %T(i)=(1-r(i).2).2+2*e*r(i).2)實驗要求 （1）請同學們讀懂源程序，修改源程序使之與前一圖相似，并且標注 （2）請回答T值圖為什么與上一實驗幅頻特性曲線一致。隔振設計步驟：隔振設計步

10、驟： 1）測試分析系統的質量、外界的干擾頻率；）測試分析系統的質量、外界的干擾頻率； 2）按照頻率比在）按照頻率比在2.55之間確定系統固有頻率；之間確定系統固有頻率； 3）根據固有頻率計算公式，確定隔振彈簧的）根據固有頻率計算公式，確定隔振彈簧的剛度；剛度； 4）計算機器工作振幅，核算是否達標；）計算機器工作振幅，核算是否達標； 5）根據實際情況確定隔振器類型與安裝方式；）根據實際情況確定隔振器類型與安裝方式； 6）根據機器起停過程確定隔振阻尼；）根據機器起停過程確定隔振阻尼；3.2.23.2.2 ：三點支撐和四點支撐。：三點支撐和四點支撐。3.2.23.2.2 ：剛體，六自由度：剛體，六自

11、由度16周實驗5：Matlab仿真發(fā)動機四點懸置振動分析 （2）給定發(fā)動機的參數書上的題3.5（p119） 未求和答案，請優(yōu)化程序并計算結果。11.8760 3.6658 1.7969 0.0000 0.0000 0 + 0.0000i 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988外部求和for循環(huán)求和錯誤結果3.3 發(fā)動機氣門振動發(fā)動機氣門振動3.3.1 發(fā)動機發(fā)動機氣門振氣門振動模型動模型3.3.2 氣門氣門振動振動控制控制措施措施3.3.13.3.1 ：1）無阻尼

12、單自由度模型）無阻尼單自由度模型Me氣門系統等效之質量K1和k2等效剛度3.3.13.3.1 系統運動微分方程：系統運動微分方程：3.3.13.3.1 ：2）無阻尼三自由度模型）無阻尼三自由度模型氣門的等效質量挺桿的等效質量搖臂的等效質量對應剛度3.3.13.3.1 系統運動微分方程：系統運動微分方程：F0-氣門推力-搖臂轉角3.3.13.3.1 系統運動微分方程求解：系統運動微分方程求解：3.3.13.3.1 求出固有頻率：求出固有頻率：給出：給出：Matlab仿真計算：利用行列式值求矩陣特征根！ 要求：利用行列式值求矩陣特征根！ 答案不對f1 =6.2695e+003 +1.3557e-029if2 =8.9259e+002 -4.6435e-029if3 =3.6517e+003 -1.3183e-029i17周實驗6：利用行列