车辆动力学-扭振

1、一、概述一、概述1.1.传动系统扭转振动是车辆振动的一种重要形式传动系统扭转振动是车辆振动的一种重要形式 。2.2.扭振产生的原因扭振产生的原因 外因：发动机或其他激励呈周期性变化外因：发动机或其他激励呈周期性变化 内因：轴系本身不但具有惯性，而且具有弹性内因：轴系本身不但具有惯性，而且具有弹性3.3.对于车辆动力传动系统，扭振是普遍存在的，只是轴系对于车辆动力传动系统，扭振是普遍存在的，只是轴系的差别和激励的不同，扭振的强弱程度不同而已。的差别和激励的不同，扭振的强弱程度不同而已。 第三章第三章 传动系统扭转振动传动系统扭转振动自由振动分析自由振动分析强迫振动分析强迫振动分析固有频率固有频率

2、振型（模态）振型（模态）零部件动态设计和修改零部件动态设计和修改动力传动系统扭振模型动力传动系统扭振模型振动幅值振动幅值振动附加转矩振动附加转矩振动附加应力振动附加应力轴系临界转速轴系临界转速一、概述一、概述二、发动机激励分析二、发动机激励分析发动机单缸激励力矩发动机单缸激励力矩cos)sin(42gpRDMcos)sin()2cos(cos22jjRmM1.单缸发动机激励单缸发动机激励gjMMM二、发动机激励分析二、发动机激励分析1.单缸发动机激励单缸发动机激励)(efM 10)sincos(vvvvbvaM01sin()vvvMMv10)(sinvvvtvMM22vvvbaM20cos1d

3、v)(fav20sin1dv)(fbvvvvbatg200)(21dfM 2/rrrtrMMM)(sin0e20.5,1,1.5,r第三章 发动机建模 二、发动机激励分析二、发动机激励分析1.单缸发动机激励单缸发动机激励10e)(sinvvvtvMMM对二冲程发动机：对二冲程发动机：对四冲程发动机：对四冲程发动机：1,2,3,4r对二冲程发动机：对二冲程发动机：对四冲程发动机：对四冲程发动机：谐次谐次 第三章 发动机建模 二、发动机激励分析二、发动机激励分析1.单缸发动机激励单缸发动机激励10e)(sinvvvtvMMM发动机各谐次的激励成份发动机各谐次的激励成份2. 多缸发动机激励多缸发动机

4、激励二、发动机激励分析二、发动机激励分析2cos2rMMrrrrr21合成激励力矩为：合成激励力矩为：2. 多缸发动机激励多缸发动机激励 各气缸与第一发火气缸的同谐次力矩相位差为： 第2缸与第1缸的相位差； 第3缸与第1缸的相位差； 第 i 缸与第1缸的相位差。12,r13,r1 , ir二、发动机激励分析二、发动机激励分析发动机多缸激励力矩发动机多缸激励力矩 3. 基本矢量图基本矢量图 例：已知四冲程六缸发动机发火顺序为：153624,360,240,1206, 13 , 15 , 1600,4804, 12, 1发火间隔角发火间隔角(均匀发火均匀发火)四冲程：四冲程： /缸数缸数720二冲

5、程：二冲程： /缸数缸数036二、发动机激励分析二、发动机激励分析5 . 0r 7 , 4 ,5 . 1r8 , 5 ,5 . 8 , 5 . 5 ,9 , 6 ,26 , 1M4 3 ,M2 5 ,M强强简简谐谐主主简简谐谐5 . 6 , 5 . 3 ,1r5 . 7 , 5 . 4 ,2r3r5 . 2r1.发动机扭振模型发动机扭振模型三、动力传动系统扭振模型三、动力传动系统扭振模型无分支结构无分支结构2.动力传动系统扭振模型结构动力传动系统扭振模型结构三、动力传动系统扭振模型三、动力传动系统扭振模型分支结构分支结构三、动力传动系统扭振模型三、动力传动系统扭振模型实例实例复杂分支结构复杂分

6、支结构三、动力传动系统扭振模型三、动力传动系统扭振模型临界转速临界转速60mefnr发动机激励由无数简谐成份组成，某发动机激励由无数简谐成份组成，某一自振频率在不同转速下，将与不同一自振频率在不同转速下，将与不同谐次的激励力矩发生共振，因而在发谐次的激励力矩发生共振，因而在发动机转速范围内，将产生无数个共振动机转速范围内，将产生无数个共振点，即存在多个临界转速。点，即存在多个临界转速。 固有频率固有频率激励频率激励频率临界转速临界转速60emrnf只考虑主简谐、强简谐激励。只考虑主简谐、强简谐激励。 只考虑低频振动涉及的临界转速。只考虑低频振动涉及的临界转速。 固有频率，Hzen3.模型参数模

7、型参数2ezARkC Ker.Wilson线性公式：第四章 传动系统建模 理论形式阻尼系数公式：JC z1)1)发动机阻尼系数发动机阻尼系数 三、动力传动系统扭振模型三、动力传动系统扭振模型2dKC 2)2)扭转减振器阻尼系数扭转减振器阻尼系数 橡胶减振器： 橡胶硅油减振器： 纯硅油减振器：2/dJC /2dKC 3)3)轴段阻尼系数：轴段阻尼系数：KC02. 00000 )27. 01 . 1 (0 )37. 01 (ssdkkk0000013 . 03 . 007 . 0)5 . 02 . 0()1 . 102. 0(ddKC 4)4)盖斯林格联轴器盖斯林格联轴器四、自由振动计算四、自由振

8、动计算 0)()(ttJ 1.无阻尼自由振动计算无阻尼自由振动计算()0jjKJ)()(tgutjjju为系统第 j 阶实模态振型 jjj为系统实模态特征值，相应的固有频率为 第第3阶振型图阶振型图 3个节点分别位于质量点个节点分别位于质量点5和和6、13和和14及及23和和24之间之间 振型振型四、自由振动计算四、自由振动计算 0)()()(ttt KCJ 0000 JKJJC2.阻尼自由振动计算（一般粘性阻尼系统阻尼自由振动计算（一般粘性阻尼系统 ）nnnnnn,2221112221110)(jjXBAT X，0JJCAJKB00五、强迫振动计算五、强迫振动计算 )()()()(ttttM

9、KCJ )()()()(21tMtMtMtjMT00)(tMm trbtratMrjrjrjsincos)(rrrrrrrrBAYXJKCCJK22rrrrrrrrBAJKCCJKYX122)sin(|sincos)(rkrkrkrkrktrtrYtrXtrkrkrkXYtanarctrtrtrrrsincos)(BAM发动机第发动机第r次激励力矩的余弦、正弦分量次激励力矩的余弦、正弦分量 trtrtrrsincos)(YXr发动机第发动机第r次激励力矩下响应的余弦、正弦分量次激励力矩下响应的余弦、正弦分量 rrjrjrrjrjtrbtratMtM)sincos()()(五、强迫振动计算五、强

10、迫振动计算 )()()()(ttttMKCJ )sin()()()()(22rkrrkrkrrkktrYXttrrhrhhhKM)(1AhAhhWM质量点综合扭振幅值质量点综合扭振幅值：轴段附加转矩轴段附加转矩：轴段附加扭转应力轴段附加扭转应力：60080010001200140016001800200022002400260000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.51.52.02.54.03.5第1质量点各阶幅值及总幅值变化曲线ne(r/min)deg振幅60080010001200140016001800200022002400260005010

11、0150200250300350第8和第9质量点间轴段(中间轴)各谐次及合成附加应力变化曲线2.02.54.03.5发动机转速ne(r/min)附加应力(MPa)附加应力600800100012001400160018002000220024002600051015202530354045500.51.01.53.02.02.54.03.55.0第2和第3质量点间轴段(曲轴)各谐次及合成附加扭矩变化曲线ne(r/min)M(KNm)附加转矩五、强迫振动计算五、强迫振动计算 六、传动系统扭振试验六、传动系统扭振试验 传感器传感器加减速阶次跟踪试验加减速阶次跟踪试验稳态试验稳态试验 0.00 12

12、0.00 s700.00 3900.00 Amplituderpm0.00 1.00 AmplitudeF6:leftoutputF1:flyw heelF2:couplingoutF3:boxinputF4:boxoutF5:clutchF7:rightoutputF8:freeend 700.00 2100.00 rpmflywheel_tacho (T1)0.00 1.90 Amplitude0.00 1.00 Amplitude805.04 1.83 FOrder 0.50 flywheel 0.5 orderFOrder 1.50 flywheel 1.5 orderFOrder 3.00