汽车振动测试技术第1章

1） 粘性阻尼（Viscous Damping ) 物体在流体中低速运动或沿润滑表面滑动时，受到粘性阻尼的 作用。在各种阻尼中，只有粘性阻尼是线性阻尼，它与速度成 ，c 代表粘性阻尼系数。粘性阻尼比较简单 正比，即 F cx 常见，易于进行数学处理。应用粘性阻尼分析振动问题时，可 使求解大为简化，因而通常均假设系统的阻尼为粘性阻尼。 2） 库仑阻尼（Coulomb Damping ) 物体在干燥表面滑动时受到库仑阻尼的作用。
1.2 振动系统组成要素与等效参数
1. 等效刚度
组合弹簧系统的等效刚度（Equivalent Stiffness)
（a）并联弹簧系统
（b）串联弹簧系统
第 1章 概 论
1.2 振动系统组成要素与等效参数
a. 并联弹簧的等效刚度
x x1 x2 F F1 F2 k1 x1 k2 x2
第 1章 概 论
汽车振动分析与测试
振动的危害
•机床振动 －－降低机床的精度，产生误动作，影响其性能 •机械噪声 －－纺织厂工人耳聋耳背、钻孔机、打桩机、导振器等 •遇到气流时飞行中的飞机 －－气流引起的共振导致飞机折翼 •遇到海浪时航行中的轮船 －－海浪引起的共振引起轮船断裂 •导弹遇到空气流引起的振动 －－会影响导弹的命中率
汽车振动分析与测试
第1章 概 论
第 1章 概 论
汽车振动分析与测试 1.1 引言 1.2 振动系统组成要素与等效参数 1.3 振动的类型与表示方法 1.4 振动方程的建立与求解 1.5 车辆振动简化模型
第 1章 概 论
汽车振动分析与测试 1.1 引言
振动 在所研究的汽车机械结构均为弹性体时，在外力 作用下不仅产生刚体运动，还会产生由于自身弹 性在平衡位置附近的微小往复运动。
b. 串联弹簧的等效刚度
ke k1 k2
F F1 F2 F F F (k1 k2 ) x x1 x2 k1 k2 k1k2
第 1章 概 论
k1k 2 ke k1 k 2
1.2 振动系统组成要素与等效参数
组合弹簧系统的等效刚度（Equivalent Stiffness)
第 1章 概 论
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振动噪声的危害
• 消耗能量 • 对人体不良影响
A声级(dB) 30－50 影响 保证休息 生活、工作和 车辆噪声国内外均有法规 加以约束和控制 后果 噪声评 价
40－60
70以下 70－90 90略超 115以上
保证脑力劳动
下限理想值 保护健康听力 允许范围 工作不舒服、 但不痛苦 痛苦 经过休息可以恢复，但长期暴 露会产生永久性听力损失 会产生不可恢复的永久性听力 损失 强噪声 过强噪 声 完全不使听力受损
第 1章 概 论
汽车振动分析与测试 振动研究的问题
对于一般的振动系统问题，可以用下图所示的框图来说明， 振动系统是指所研究的振动对象。
输入 激励f(t) 振动系统 h(t) 输出 响应x(t)
振动系统的“激励”一般是外界对系统的作用，它可能是力， 也可能是位移。而“响应”则一般是系统的变形、位移、速度或 加速度。
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汽车振动分析与测试
• 振动隔离 在振动源不可能完全消除的情况下，研究如何减小振动对 结构的影响。 减小汽车在不平路面上行使时传给 发动机悬置隔振 车身的振动 汽车悬架隔振作用 • 在线控制 利用振动信号监测设备工作状态，诊断故障。 － 对发动机故障进行的振动监测和诊断 • 振动设备和工具开发 利用振动原理，研究和开发新型的振动源和振动工具。 － 地下钻孔机利用振动来松动土层，减小阻力，提高 钻孔效率
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汽车振动分析与测试
振动频率 •振动变化快慢：工程上常用赫兹（Hz）表示 振动是自然界最普遍的现象之一，例如 心脏的搏动、耳膜和声带的振动 桥梁和建筑物在风和地震作用下的振动 飞机和轮船航行中的振动 汽车在崎岖不平道路上行使引起的振动 机床和刀具在加工时的振动
振动的危害与利用？
l 2
质量块的动能
Tm
1 2 mx 2
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
系统总动能
1 l 2 Ta Ts Tm m x 2 3
1 2 T m x 等效系统的动能 e e 2 l 因为 Ta Te 所以 me m 3
第 1章 概 论
汽车振动分析与测试
借助数学、物理、实验和计算技术，探讨各种振动现象， 阐明振动的基本规律，以便克服振动的消极因素，利用其积 极因素，为合理解决各种振动问题提供理论依据。
学习振动理论的目的之一： 掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动 对汽车结构和机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。
解：
1 x 2 1 2 x 2 1 2k 2 U a (2k )( ) k ( ) ( ) x 2 3 2 3 2 3 1 U e ke x 2 2 2 因为 U a U e 所以 ke k 3
第 1章 概 论
1.2 振动系统组成要素与等效参数
例题：两轴平行、速比为i的齿轮传动机构，齿轮的转动惯量可忽
第 1章 概 论
1.2 振动系统组成要素与等效参数
4.等效阻尼
阻尼：振系中阻力有各种来源。
例如两物体之间的干摩擦力，有润滑剂的两个面之间的
摩擦力，气体或液体等介质的阻力，电磁阻力，以及由于材 料的粘弹性产生的内部阻力等等。 在振动中这些阻力统称为阻尼(Damping)。
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
3）流体阻尼（Fluid Damping ) 物体在粘性较小的流体中高速运动时，受到流体阻尼的作用。 4）结构阻尼（Structure Damping )
ke i 2k1
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
2. 等效质量
同等效刚度一样，若实际系统较复杂（一般为分布质量系 统），则可以用能量法来确定等效质量（Effective Mass)。
根据实际系统要转化的质量的动能与等效质量动能相等的
原则来求等效质量，即：
Ta Te
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1 2 U a U e ke x 2
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
1.
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
例题：将图示系统简化为A点处的单质量振系，求系统的等 效刚度。
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
1. 弹性元件 弹性元件的意义和性质
弹簧的刚度系数的物理意义： 使弹簧产生单位位移所需 施加的力 对弹性元件需要说明几点： 通常假定弹簧是无质量的； 假定振动系统的振动幅值不会超过弹性元件的线性
范围；
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
2. 阻尼元件
•阻尼元件的意义和性质
－－阻尼器
简图 说明 等效刚度ke
等 效 刚 度
串联弹簧
并联弹簧 混联弹簧
k1k 2 k1 k 2
ke k1 k2
(k1 k2 )k3 k1 k2 k3
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
能量法求等效刚度（Equivalent Stiffness) 当实际系统比较复杂时，根据定义直接求等效刚度较困难， 而按实际系统要转化的弹簧的弹性势能Ua与等效系统弹簧 势能Ue相等原则来求等效刚度则相对容易。
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汽车振动分析与测试
振动的危害
•地震 地球表层的快速振动－－位移变化影响 •车船振动（加速度影响） 车辆平顺性-座垫处振动加速度评价（加权加速 度） 0.315m/s2,没有不舒适 0.315—0.63，有一些不舒适 0.5—1.0, 比较不舒适 0.8—1.6，不舒适 1.25—2.5，很不舒适 >2.0, 极不舒适 =>9.8呢，会是什么现象？
1.2 振动系统组成要素与等效参数
例题：假设如图所示弹簧单位长度的质量，弹簧长度为L。求 一个与之等效的单自由度振系的等效质量me。
解：弹簧在距固定端 ξ 处的微元 dξ 的位移和
。 速度分别为 / l x 和 / l x
则弹簧的振动动能
1 1 l 2 d x Ts x 2 l 2 3 0
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1.2 振动系统组成要素与等效参数
二. 振动系统的等效参数
刚度：使系统的某点沿指定方向产生单位位移（线位移或角 位移）时，在该点同一方向上要施加的力（力矩），就称为 系统在该点沿指定方向的刚度。 刚度计算公式 线刚度 角刚度
F k x M k
式中，F 和 M 为广义力。

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1 . 质量（惯性元件）的意义和性质
x
m
Fm
Fm m x
－－质量 （1）质量是表示力和加速度关系 的元件。 （2）在力学模型中，他被抽象为 绝对不变形的刚体。
第 1章 概 论
1.2 振动系统组成要素与等效参数
4. 激 励
按激励特性划分：
自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后，系统自 身的振动。 受迫振动－系统在作为时间函数的外部激励下发生的振动， 这种外部激励不受系统运动的影响。 自激振动－系统由系统本身运动所诱发和控制的激励下发 生的振动。 参激振动－激励源为系统本身含随时间变化的参数，这种 激励所引起的振动。
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汽车振动分析与测试
• 振动响应分析 对系统进行振动响应分析，研究其的动态性能。 汽车平顺性分析 石油勘探 隧道地质环境勘测 • 模态分析 主要是对振动系统模态分析的理论和实验的研究。