汽车振动和噪声控制课程第4章动力传动及转向系统振动

1、1汽车振动和噪声控制课程第4章 动力传动及转向系统振动2振动分析的传递矩阵法汽车转向系统振动制动时汽车的振动汽车动力传动系统振动3振动分析的传递矩阵法 工程中对轴状或链状特征的结构进行振动分析，如汽车发动机的曲轴、动力输出轴系等，传递矩阵法是一个行之有效的方法。传递矩阵法：将有链状或者轴状特点的实际结构，离散成具有集中广义质量和刚度元素的串联在一起的弹簧质量的单元链系统。定义出各单元两端内力和位移为状态向量，通过点传递矩阵表达质量点左右两边包括惯性状态向量的变化，通过场传递矩阵表达一段无质量轴左右两端由于变形体弹性性质导致的两端状态变量间的联系，最后形成一端的状态变量到另一端的传递关系。扭转振

2、动分析的传递矩阵法4多圆盘轴系统的扭振分析：由无质量的轴和有质量的圆盘组成。如图所示的多轴圆盘轴系：振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法5取其中第i段进行分析：R和L分别表示所考虑的点或场的右边和左边的状态量。1)无质量轴的状态量得场传递矩阵：振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法6取其中第i段进行分析：R和L分别表示所考虑的点或场的右边和左边的状态量。2)质量Ji的状态量得点传递关系设圆盘作简谐振动则振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法7综合场传递和点传递矩阵：状态量的关系可以从第1段的左边递推到第N段的右边，即：振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法8边界条件：

3、如果两端自由的多圆盘轴系统，有有非0解的条件，其特征方程为：对左端固定，右端自由的多圆盘轴系统，有有非0解的条件，其特征方程为：振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法根据9例：求三圆盘扭振系统的固有频率和扭转振动模态。设J12，J22，J32，k2，k3。解：这些特征方程是关于系统固有频率 的代数方程。 代入各段传递关系，取其中可为任意常数的状态量为单位值，获得另一状态量在各质量处的相对大小，对应于 即为固有振动模态。N=3，两端自由第一单元只有圆盘J1，取振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法10进一步求得：画出 与 的关系曲线，该曲线与 的交点就是系统固有频率。振动分析的传递矩

4、阵法扭转振动分析的传递矩阵法11曲线：振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法12对于第 i 个单元，对于质量 mi ，设其只产生横向谐振动，并略去其转动惯量，根据动力学方程，得： 汽车的动力输出轴系统，可以离散为无质量的梁上带有若干集中质量的横向振动系统，且某些质点下有弹性支撑 。振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法质量 mi 左右两边的转角 、挠度 相等。 13得到第 i 个单元点传递矩阵为：振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法14对悬臂梁，由材料力学，有：振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法对于第 i 个单元的无质量梁，有：由位移关系，有：整理得场传递矩阵：1

5、5振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法根据点传递矩阵和场传递矩阵，得第 i 个单元的传递矩阵，为：16振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法 依次递推应用各单元的传递矩阵，可以建立梁最左端边界0与最右端边界N的状态量之间的关系： 根据梁左右两端的边界条件，得到系统特征方程，可解出梁横向振动的固有频率和模态。17汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动 对汽车动力传动系统的扭振分析，常将动力传动系统简化成由广义集中质量和等效圆轴连接的链状轴系模型，这种将实际曲轴和齿轮及齿轮轴等按照设计构成根据等效原则简化的链状轴系计算分析模型称为当量系统。 等效原则：保持简化前后系统各部件的

6、关于弹性扭转的动能和势能不变。 在当量系统中，把所有与轴顾连在一起的运动质量用具有一定转动惯量的刚性圆盘代替，把轴段的转动惯量转化到相邻的圆盘上，或集中在轴中的某一个新的圆盘上，把只有惯量而无弹性的圆盘，用只有弹性而无惯量的等效圆轴连接起来，得到实际系统的当量系统。1.汽车动力传动系统扭转振动的当量系统18汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动动力传动系统的扭振当量系统19汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动 对于规则形状的物体，可以利用一般理论力学的公式来计算其转动惯量；对于形状不规则的物体，可通过三维实体造型由计算机软件直接获得，或对几何形状适当简化，按动能相等的原则进行

7、当量计算。 一般形状简单圆轴可用材料力学的公式获得；形状复杂的轴段，可以利用经验公式计算；也可以用有限元方法计算；还可以通过试验测得。2.等效圆盘转动惯量的计算3.等效轴扭转刚度的计算20汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动扭转运动微分方程：激励力矩21汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动 发动机传动系的扭振干扰激励，是作用在曲轴系统上的周期性力矩。 (2)发动机曲柄连杆机构的质量及惯性力产生的干扰力矩；4.扭转振动的激励力矩(1)气缸内燃料点火燃气爆发压力产生的干扰力矩； (3)功率负载部件所吸收的转矩不是定值而产生的干扰力矩。5.临界频率和临界转速 (2)临界转速谱。

8、(1)干扰力矩的频率和扭振系统本身的某一阶固有频率相等时，系统会发生共振；相应的频率和转速称为临界频率和临界转速。 表示发动机临界转速的曲线图叫做临界转速谱。22汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统扭转振动临界转速谱23汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统弯曲振动1.汽车动力传动系弯曲振动模型 汽车动力传动系的弯曲振动对整车的振动和噪声性能有很大的影响；在低频范围内(440Hz)的多体振动直接影响汽车的舒适性；在(5250Hz)范围内的弹性体振动将引起汽车车厢的结构共振和声学共振。发动机+变速器+传动轴+后轴差速器+后轴壳、板簧的链状模型24汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统弯曲振动2

9、.弯曲振动的固有频率和振型发动机+变速器+传动轴+后轴差速器+后轴壳、板簧的链状模型25汽车动力传动系统的振动汽车动力传动系统弯曲振动3.弯曲振动的强迫响应使汽车动力传动系产生弯曲振动的主要激振源有：(1)传动轴不平衡产生的惯性力；(2)发动机往复质量产生的惯性力；(3)由于方向节的安装角产生的力。26汽车转向系统振动汽车前轮及前桥的振动1.汽车前轮及前桥的摆振现象前轮摆振：包含车轮和车桥(非独立悬架)在内的全部转向装置的振动的总称。转向前轮发生周期性振动，不仅有转向轮绕其主销的左右摆动，还有车轮上下跳动。前轮摆振时会恶化车辆的直线行驶和操纵的稳定性。前轮摆振主要由三个方向的振动合成：(1)横

10、向振动：由于悬架和轮胎在横向有弹性，车桥总成相对于车身在横向有振动。(2) 前轮绕主销的角振动。(3) 前桥绕汽车纵轴线的角振动。27汽车转向系统振动汽车前轮及前桥的振动前轮摆振主要由三个方向的振动合成：(1)横向振动：由于悬架和轮胎在横向有弹性，车桥总成相对于车身在横向有振动。(2) 前轮绕主销的角振动。(3) 前桥绕汽车纵轴线的角振动。前桥绕汽车纵轴线的角振动前轮横向振动和绕主销的角振动28汽车转向系统振动汽车前轮及前桥的振动2.前轮和前桥运动的耦合振动模型左前轮绕主销的运动微分方程：前轮和前桥运动的耦合振动模型29汽车转向系统振动汽车前轮及前桥的振动2.前轮和前桥运动的耦合振动模型右前轮绕主销的运动微分方程：前轮和前桥运动的耦合振动模型30汽车转向系统振动汽车前轮及前桥的振动2.前轮和前桥运动的耦合振动模型前轮和前桥运动的耦合振动模型对前桥纵轴线转角自由度 的运动微分方程：31汽车转向系统振动前轮摆振的影响因素1.车轮不平衡的影响2.车轮陀螺效应的影响3.路面不平度4.悬架与转向结构运动不协调32制动时汽车的振动汽车制动动力学模型 汽车制动时，行驶方向的惯性力和作用在轮胎上的地面制动力形成的力矩会使前轴负荷增大，后轴负荷减小，几个方向运动耦合导致整车的振动。由轮胎受力，得：汽车制动动力学模型汽车制动时隔离体受力分析33制动时汽车的振动汽车制动动力学模型由车身受力，得：汽