某中型卡车振动问题的研究与系统解决.pdf.

1、 合肥工业大学硕士学位论文某中型卡车振动问题的研究与系统解决姓名：傅春宏申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：钱立军20100401 关 键词： 卡车振 动 ； 实 验 分 析 ； 有 限 元 建 模 ； 模 态分 析 ； 优化 设 计 瑃 甌 图 釉 豯图 车架测 试 点布 置 图 车架测 点布 置 图 图 整 车测 试 点布 置 图 测 试 点加 速度时域 信 号 图 变 换 后 的 测 试 点频 域 信 号 表 整 车测 试 点结果 表 驾 驶室 模 念计 算 结果 表 车架模 态 计 算 结果 表 整 车模 态 计 算 结果 表 车轮 摇 振 频 率 。 表 驾 驶室 部件灵 敏

2、度值 表 驾 驶室 部件优化厚 度 表 驾 驶室 优化前 后 频 率对比 表 优化前 后 频 率对比 其他 人已 经 发 表或撰写 过 的 研 究成果 ， 也 不 包含为 获 得签 字日 期： 励眇年尹 月 节日编 入 有关数据 库 进行 检 索， 可 以 采用影印 、 缩 印 或扫 描 等 复制手段 保 存、 汇编学 位 论 文 。 艿 难 宦 畚脑诮 饷 芎 笫视帽 臼谌学 位 论 文 作者毕 业后 去 向 ：工 作单 位 ：通 讯 地 址 ： 作 者 ：傅 春 宏 术 水 平 的 提升， 载 重汽车 的 舒 适 性也逐渐成为 市 场 差 异化 竞争 的 一个重要 方面 。车 辆 振动性能

3、 是 评 价车 辆 质量 的 重要 性能 指 标 之一， 随 着市 场 竞 争 的 日趋 激烈和 人 们 对 车 辆 舒 适 性要 求的 提高， 有 关车 辆 整 车 振动性能 方面 的 研 究 工作越 来越 受到 重视 。车 辆 是 一个非 常 复 杂的 振动系统 ， 其 中 包 括 多 个子 系统 ， 这些不同 子 系统 的 藕 合 影 响 着汽车 的 行 驶平 顺 性、 舒 适 性、 安 全 性及 零部 件 的 使用 寿命【 俊 】 。由于 受消 费 者 需求引 导 ， 载 重汽车 产 品开 发 在很 长 一段时 间里主 要 关注 动力 性、 经济性、 可 靠性、 超载 能 力 ， 对

4、于 载 重汽车 振动的 研 究 一直不 很 活 跃 。大 多 数 公 开 的 研 究 成果局 限 于 对 个案问 题 的 分 析 解决 ， 无法 从 系统 全 局 角 度 提供 该类 问 题 的 系统 解决 方案。而 载 重汽车 驾驶室 振动问 题 的 复 杂性， 导 致单从车 身 、 底 盘 等 单方面 研 究 只 能 从 局 部 说明 一些原因 ， 局 部 问 题 的 解决 并 不 能 从根 本 上 解决 振动问 题 。系统 特 性是 各 部 件 总 成相互 作用 、 耦合 后的 综 合 性能 的体 现 ， 因 此 必 须从 系统 、 全 局 出 发 ， 从 可 能 引 起 振动的 各 方

5、面 入 手 ， 分 析 挑 选出 主 要 的 若干 影 响 因 素 综合 研 究 ， 通过 分 析 计 算 ， 找 出 主 导 因 素 ， 再 经过 试验 、测试等 进 行 验 证， 最终确 定 合 理 的 改进 方案和 必 要 的 整 改措 施， 只 有 通过 这样一个系统 性解决 方案的 实施， 才 能 从 根 本 上 解决 车 身 振动问 题 。 非 常重 要 。经形 成几 种 较 为成熟的 理论 和 方 法 。 多体 系 统动力 学方 法 就 是 将系 统内 的 部 件简化 成为刚 体 或者 弹 性 体 ，分 析 它们 在空 间运动时 的 动力 学特性 。 这 种 方 法 多首 先 建

6、 立 停 琔 夹 蔚 既 際 ，进行 简化 和 清理 行 比较 ，验 证 有 限 元 模 型 的 可 靠性 ，并分 析 产 生 振 动的 原 因 。动的 主 要 技术要 点 ，提 出改进意 见 。 彻 底解决问 题 。 亨 ，板 驾 驶 室 后地 板 驾 驶 员 座 椅表 振动 试 验 一振动 加 速 度 注 ： 表 示 痟 其 他 类 摊 。 袭 中振 动 加 速 度均为 搬 动 有效 值 。 单 位 为 痵试 验结果 分析 ： 从 振 动 加 速 度来 看 ， 状态 那 榭鯢， 在车 速 为 速 为 保 穸 茸 刺 更 加 强烈 。 幽 痔 匝 椴獾 悴 贾 肐目 郑 痔 辜哟 蟮 絣速

7、度如 表 屯 所 示 。 赫 栅 削 轮 胎 试 验振 动加 速 度 对 比为 了 研究 减震器对 该车 型振 动的 影 响 ，分别 进 行了 ： 前减震器加 大 阻 称 ： 前，后 减震器简 称 ： 后 匝楣 卜 个 状态 ： 表 赵 刈 刺 琹、 振 动加 速 度状态 呵 埃 ，后 ： 无 塾。 更 换 减 震 嚣 振动 加速 度后 阻 尼力 为 时 减 震 效果 最 为明显 。 振动 特征 扭矩的 变化 通 过 数 月 的大 量振 动 试 验分析， 可以确 定 连 续振 动 的振 源 是轮 胎 ， 由于 轮动 均 为 上下振 动 和 俯 仰振 动 。 阔 】 车把 测 试 点 布置 幽

8、甀山 传 感 器测 出 的数 鲇 姓 担 颐 桥髯 恪 皉 以看 出 浚振 动 模卷 主 婴 如甂 吧氍 啦 雌愚 觥甂雌愚 钿所 以 俯仰 振动的 频率，写笮 种 户 对 平 顺性 的 要 求 。 有限元 法基 本 理论杂 的 形 状，所以 成为 工 程分 析 常 用的 有效 手 段 【 俊 】 。 俊 璊 。五 、 有限元 方 法相 对于 其它 处 理方 法，可 以 更好 ，更容 易的 求 解 和处 理非 可 以 仅仅在物 理层 面上 对 其 进行 理解 ，无 需 进行 严格的 推理和描述。当 然 ，有 限 元方法也 存 在不 少 使 用 缺 点，总 结如下：另外 ，有 限 元分 析 方法

9、仅仅适 用 于 有 限 区域 的 问题 处 理。最 后 ，采 用 有 限 元法进行 分 析 时，网 格单 元、 网 格密 度和网 格类 型 的 选 择直接 影响到分 析 的 精 确度。而 这 些 问题 取 决 于 设 计 者 的 使 用 经验 。目前 ，有 限 元已经具 备 了非 常成 熟的 理论 基 础 ，在各 大 汽 车 企 业 得 到了广泛 的 运 用 ，尤 其 适 用 于 汽 车 零部 件 和车 身的 受力 问题 分 析 。析 的 界 限 ，正 为 一 个 正 真意 义 上 通用 的 前 处 理平台 。【 】 绺 鮁 蜒 兆 定 程 度 的 再 新 处 理和 数一臣坚，蠲，一习胡 一匿

10、 一默麟篚 一剧荆譬耳，描貂点穄 最 后 ，也 是 摄 重要 的 ，椅 矗 乖元 各向 指 标是 否 符台 要 求 。 在中检台单 元 质量 检查笔细 彘 。抓 曲 角 板 壳 单 元 ， 少 量单 元 采 用 了堤 宓 : 蚆 多点约 束 单 元 。图 所 示。 四 面体 网 格 。 所 用的 材 料 弹 性 模 量为 庵唬 此 杀萇 ； 三 时 蘩 车殷车架 、悬 架 系 统、村 后 桥等 底盘总 成 进 行 吲 有 频 率 特 性 的测 试 分 析 。 动 态 信 号 测 试 段分 析 系 统 ： 铀俣却 衅 ： 乍 架 振动 试 验 睡；潮 啡 ”删 ；： 。 从 一 一： 表 整 乍

11、测 试 点 结果、 的 摇振产 生的 ， 要 消 除 振源， 只 有控 制 轮 胎 的 失圆 、 减 少 动 不平 衡， 但 这样成本 高， 不切 合 实际 。 所以要 解 决 该车 的 振动 问 题只 能从 降低 整 车 振动 频率 着 手。从 台架 试 验 结果来 看， 比较 符 合 实际 出 现 的 振动 情 况。 同 时 与 有限 元 理论计算结果的 对 比中 ， 也验 证了有限 元 模 型 建立 和分 析计算的 正确性 。 验 证了模型 的 正确性 后 ， 以有限 元 模 型 为 基础对 整 车 提 出 改 进设 计， 对 改 进后 的 模 型 进 【“ 彳 甜 】 “ 【 癩 荤

12、上式即为解耦 方程 组。就模态分 析 的 边 界条 件 来 说，模态分 析 可 以分 为 自 由模态和 工作 模态。 工作 模态分 析 考 虑 了结 构 在 实际工作 状 态时 的 边 界条 件 ，分 析 所 得的 模态参 数 包含 了边 界条 件 对其 的 影 响，特 别是对于 大型结 构 在 外 界激 励未 知 的 情 况 下具有更 重 要的 实用 价 值，是现代模态分 析 的 热 点 。 自 由模态分 析 对结 构 在 没 有约 束条 件 下即 自 由状 态下的 动 态特 性 进 行 分 析 。 自 由模态分 析 可 以获得结 构 固有的动 态特 性 如 固有频率 、 振 型等，而且 自

13、 由模态分 析 可 以实现理 论 计 算 和 试验 分析 的 对比，验 证 有限 元 模型的 精 度，为 优 先有模型的 进 一 步修正 提 供 有力 的 参 袁驾驶 室模态计 算 结 果颤 ： 从 计 算 结 果看 ，驾驶 室的 阵 型分 两类： 一 类是整 体 扭曲 变形 一 类是局部 二 毒既 蓼 缤 所 示 。 驾驶 室为 局部 振 动 ，底 板 及前 阶 的频率分布 范 围 分布 在 篺 。 可以得 出结论 ：车 架 的也 不 町 能 和 振渊 。 。 体 位 移 的 原因频 率 为 实际 实验 中也 可 能 是 趋 向 于 姆 浅 氖 ， 其计 算第 七阶振型 缤 一 所 示 。振

14、型主 要 为 局部的 扭 转 ， 最 大 甹 凹 绞 械 阶振科削 。 媚 德 视氤 邓 傥 痟 优 化 设计模 型 的建立 篻 叽 缬 呕 结构优 化 设计流 程定义 优 化 设计变 量 及设计空间 缮 杓 朴 定义 用于评 测目标 函 数 和约 束条 件 的结构响 应 定义 优 化 设计约 束和目标 定义 的参数 卡 片 灵敏 度分 析上 灵敏 度可 以 理 解 为 ： 若函数列 ， 可导， 则 其 一 阶 灵敏 度在 连续系 统 中 可表 示为 ：苏， 式中 ，材， 为 车 架结 构 性 能 参 数；工 一 车 架结 构 设 计 参 数。在 中 灵敏 度分 析被放置在 优化设 计 模块中

15、 。 软件中 的灵敏 度分 析是利 用 设 计 优化模块提 供的优化方 法 中 的梯 度评 估 工具 进 行 的， 在此 可 以 计 算目标函数和状态 变量 对 设 计 变量 在 某一 参 考 点 处 的梯 度， 即 灵敏 度为 ：从 而计 算出 变量 变动 后 的目标函数值 。根 据 振动 理 论 ， 无 阻尼 自由振动 方 程 可 写 成 ： 瞳 上 式 的解 为 ： 陋 】一 砰 】 铮 将 上两 式对 蟮疾 綤，】 ： 綧 ，】 芠 这两 式代 入 到 式 嫩圆 一 、 。 】 霹 】 矸 】 啊 式中 ，【 置二 】 一 单元 的膜 刚 度； 琇 式中 ： 徊 牧 厦 芏龋籄 。 一

16、 单元 中 性 面积 ；【 弧 恳 挥 隭 。 无 关 的单元 常数矩 对 进 行 求 导得 到 ：【 骸 拷 蟹 酢 击纵瓜 糊 二 】 搿 。 鈏 】 可 知 ， 只要简 单地 将 材料 参 数 琍 及 板 厚表 驾驶室部 件灵敏 度值 甇 甇 如 其 它各 阶 频率和 振型 等，而 改动 某一个 结 构 件 的厚 度 会 影 响 到其 他 参数 值 ； 优 化 结 果 表明 、在驾 驶 室自 重 不 变 的情 况 下 ，通 过 调 整 不 同 零件 的料 厚 ，能 显第 阶 缤 所 示 。驾 驶 室后 围有 局 部 振 酗 菔 皇 矣呕 蟮 阶 振型 图 缤 所 示 。驾 驶 室后 围与

17、侧 围连 缤 所 示 。后 幽的局 部 有 振动 国 菔 皇 矣呕 蟮 图 涤 呕 蟮 阶 振型 图 ，如 图 所 示 。 缲 所 示 。 载重汽车驾驶 室 异 常振动 问 题 的具有 很 高 的复 杂 性 ， 单 从 车身 、底盘 等单方 面研究 只能从 局 部说 明一些 原因， 局 部问 题 的解 决并 不能从 根 本上 解 决振动问 题 。 系 统 特 性 是 各 部件 总 成相互 作 用 、耦 合 后的综 合 性 能的体 现 ， 因此 必须从 系 统 、全 局 出 发 ， 从 可能引 起 振动 的各 方 面入 手 ， 分析挑 选出 主要 的若 干 影响 因素综 合 研究 ， 通 过 分析计算 ， 找 出 主导 因素， 再 经 过 试验 、测 试等进行 验证， 最 终 确 定 合 理的改 进方 案 和 必要 的整改 措施， 只有 通 过 这 样 一个系 统 性 解决方 案 的实 施， 才能从 根 本上 解 决车身 振动 问 题 。 本文以 某 中型 卡车在 特 定 车速 下出 现 异 常振动 为研究 对 象， 运 用 实 验 与建模相结合 的方 法 ， 对 其 振动 原因进行 了系 统 的分析， 并 提 出