第 3 章发动机的振动分析及控制(42-4学时)

1、汽车振动学3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.1发动机的振动激励源分析发动机的振动激励源分析3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源3.1.2 多缸发动机的激励源多缸发动机的激励源 发动机工作中产生的发动机工作中产生的不平衡惯性力不平衡惯性力和和力矩力矩是引起是引起汽车振动的主要激励源之一。汽车振动的主要激励源之一。1）惯性力激励源：惯性力激励源：3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源XX指曲轴旋转的角度（相对于 轴）指指连杆相对于 轴夹角3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源 对活塞运动分析：对活塞运动分

2、析： 活塞往复惯性力活塞往复惯性力jp3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源2）单缸发动机总激励源：单缸发动机总激励源：PPjg活塞往复惯性力气体对活塞压力PPnt：汽缸壁对活塞支持力：连杆对活塞拉力活塞受力xyPPrtNN曲 轴 离 心 力 连 杆 对 曲 轴 拉 力 （ 不 考 虑 连 杆 重 力 ）和： 发 动 机 缸 体 对 曲 轴 的 支 持 力曲轴受力活塞爆发压力：活塞爆发压力：活塞受力平衡方程：活塞受力平衡方程：3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源详细求解曲轴旋转主动力矩推导xyPPrtNN、都通过曲轴支点连杆对曲轴拉力会产生旋转力矩

3、，设活塞离曲轴支点距离为hssin()sinsin=s sinsin()sin()ttrlhrMP hP r主连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力臂：连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力距：xyPPsrtNN、都通过曲轴支点连杆对曲轴拉力会产生旋转力矩，设活塞离曲轴支点距离为曲轴旋转主动力矩曲轴旋转主动力矩：由于该合力矩周期变化，由于该合力矩周期变化，会激起曲轴系统的扭转振动。会激起曲轴系统的扭转振动。3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源gj气体压力P 和往复惯性力P 使曲轴产生转动的力矩。活塞反作用缸体力分析活塞反作用缸体力分析：活塞反作用在缸体上活塞反作用在缸体上的力矩使缸体绕

4、曲轴的力矩使缸体绕曲轴轴线反向转动，数值轴线反向转动，数值与使曲轴旋转的主动与使曲轴旋转的主动力矩相等。力矩相等。3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源曲轴受力平衡方程：曲轴受力平衡方程：3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源指？指？曲轴作用于缸体力分析曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上曲轴作用在轴承上铅垂铅垂力：力：气体压力气体压力Pg不对车架产生振不对车架产生振动，而往复惯性力动，而往复惯性力Pj和离心和离心惯性力惯性力Pr会引起整车上下振会引起整车上下振动。动。3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源曲轴作用于缸体力分析

5、曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上曲轴作用在轴承上水平水平力：力：气体压力气体压力Pg、往复惯性力、往复惯性力Pj引起整车横摆振动，离心引起整车横摆振动，离心惯性力惯性力Pr会引起整车水平会引起整车水平振动。振动。3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源3.1.1 3.1.1 单缸发动机的激励源单缸发动机的激励源mgrjP单缸发动机受力图：其中P曲轴离心惯性力活塞往复惯性力气缸重力缸体绕曲轴缸体绕曲轴轴线反向转动力矩轴线反向转动力矩Mz，数值与，数值与使曲轴旋转的主动力矩相等。使曲轴旋转的主动力矩相等。气缸受力 可看成由曲轴联起来的多个单缸发动机。可看成由曲轴联起来的多

6、个单缸发动机。3.1.2 3.1.2 多缸发动机的激励源多缸发动机的激励源 回转离心力在垂直方向的合力：回转离心力在垂直方向的合力：3.1.2 3.1.2 多缸发动机的激励源多缸发动机的激励源 往复惯性力：往复惯性力： 垂直方向合力：垂直方向合力： 离心惯性力在水平方向分力：离心惯性力在水平方向分力：3.1.2 3.1.2 多缸发动机的激励源多缸发动机的激励源 绕绕y轴力矩：轴力矩：3.1.2 3.1.2 多缸发动机的激励源多缸发动机的激励源 绕绕x轴力矩：轴力矩： 绕绕z轴（曲轴轴线）力矩：轴（曲轴轴线）力矩：3.2 发动机隔振设计发动机隔振设计3.2.1 隔振原理隔振原理3.2.2 发动机

7、悬置系统动力学模型及发动机悬置系统动力学模型及 优化设计优化设计3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 有效隔振分为两种：有效隔振分为两种：和和。：振源是机器本身，使它与地基：振源是机器本身，使它与地基隔离，减少对周围的影响。隔离，减少对周围的影响。3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 经弹簧传递给地基的力：经弹簧传递给地基的力： 经阻尼器传递给地基的力：经阻尼器传递给地基的力： 传递给地基的力的最大值：传递给地基的力的最大值：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 根据有阻尼强迫振动分析可知，稳态振幅：根据有阻尼强迫振动分析可知，稳态振幅：则：则：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振

8、原理：振源来自地基，为减少对地基：振源来自地基，为减少对地基对机器的振动影响而采取的措施。对机器的振动影响而采取的措施。3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理 隔振后系统稳态响应的振幅：隔振后系统稳态响应的振幅： ：与主动隔振评价指标表达式完全一样。：与主动隔振评价指标表达式完全一样。 两者统称为两者统称为。 评价指标为评价指标为：3.2.1 3.2.1 隔振原理隔振原理： 1）不论阻尼为多少，只）不论阻尼为多少，只有在频率比有在频率比 才有隔才有隔振效果；振效果； 2）在给定某个频率比的）在给定某个频率比的值，值， 隔振效果随着隔振效果随着阻尼比的减少而降低；阻尼比的减少而降低； 请问：位

9、移传递率和隔振效率的关系？16周实验4：T值的Matlab仿真分析00.511.522.533.5400.511.522.533.5频 率 比传递率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)实验要求 （1）请同学们读懂源程序，修改源程序使之与前一图相似，并且标注 （2）请回答T值图为什么与上一实验幅频特性曲线一致。隔振设计步骤：隔振设计步

10、骤： 1）测试分析系统的质量、外界的干扰频率；）测试分析系统的质量、外界的干扰频率； 2）按照频率比在）按照频率比在2.55之间确定系统固有频率；之间确定系统固有频率； 3）根据固有频率计算公式，确定隔振弹簧的）根据固有频率计算公式，确定隔振弹簧的刚度；刚度； 4）计算机器工作振幅，核算是否达标；）计算机器工作振幅，核算是否达标； 5）根据实际情况确定隔振器类型与安装方式；）根据实际情况确定隔振器类型与安装方式； 6）根据机器起停过程确定隔振阻尼；）根据机器起停过程确定隔振阻尼；3.2.23.2.2 ：三点支撑和四点支撑。：三点支撑和四点支撑。3.2.23.2.2 ：刚体，六自由度：刚体，六自

11、由度16周实验5：Matlab仿真发动机四点悬置振动分析 （2）给定发动机的参数书上的题3.5（p119） 未求和答案，请优化程序并计算结果。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循环求和错误结果3.3 发动机气门振动发动机气门振动3.3.1 发动机发动机气门振气门振动模型动模型3.3.2 气门气门振动振动控制控制措施措施3.3.13.3.1 ：1）无阻尼

12、单自由度模型）无阻尼单自由度模型Me气门系统等效之质量K1和k2等效刚度3.3.13.3.1 系统运动微分方程：系统运动微分方程：3.3.13.3.1 ：2）无阻尼三自由度模型）无阻尼三自由度模型气门的等效质量挺杆的等效质量摇臂的等效质量对应刚度3.3.13.3.1 系统运动微分方程：系统运动微分方程：F0-气门推力-摇臂转角3.3.13.3.1 系统运动微分方程求解：系统运动微分方程求解：3.3.13.3.1 求出固有频率：求出固有频率：给出：给出：Matlab仿真计算：利用行列式值求矩阵特征根！ 要求：利用行列式值求矩阵特征根！ 答案不对f1 =6.2695e+003 +1.3557e-029if2 =8.9259e+002 -4.6435e-029if3 =3.6517e+003 -1.3183e-029i17周实验6：利用行列