第十讲 汽车发动机的振动分析与控制
机械工程中的振动分析及控制
机械工程中的振动分析及控制在机械领域中，振动是一个十分重要的现象。
无论是汽车引擎、机床、飞机机翼还是大型建筑物，都存在着各种类型的振动。
振动既可以对机械系统的正常运行造成影响，也可能导致系统的破坏和失效。
因此，对振动进行分析和控制成为了机械工程师不可或缺的技能之一。
首先，振动分析是研究机械系统振动特性的过程。
通过振动分析，我们可以了解系统的固有频率、阻尼比以及模态形态。
这些参数对于设计和改进机械系统非常重要。
例如，对于汽车引擎来说，了解其振动特性可以帮助设计师优化结构，减小振动产生的噪音和磨损，提高汽车的性能和寿命。
在振动分析中，一种常用的方法是通过模态分析来研究系统的模态形态。
模态形态是指机械系统在振动中呈现的空间形状和动态响应模式。
通过模态分析，我们可以获取机械系统的固有频率和模态形态，进而了解系统的受力情况和结构强度。
这对于识别系统中的问题、提高结构的安全性和可靠性非常重要。
除了振动分析，振动控制也是机械工程中的关键技术之一。
通过控制振动，我们可以减小机械系统的噪音、避免系统破坏以及改善系统的性能。
常见的振动控制方法包括主动控制、被动控制和半主动控制。
主动振动控制是指通过外部控制力来减小机械系统的振动。
主动振动控制系统一般由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于感知振动信号，控制器通过计算和反馈控制实现振动信号的实时调整，执行器则负责施加附加控制力。
这种方法可以实现对机械系统振动特性的主动调控，提高系统的稳定性和性能。
被动振动控制是指通过结构和材料的改进来减小机械系统的振动。
在振动分析中，我们可以通过结构优化、材料选择以及阻尼材料的加入来实现被动振动控制。
例如，在建筑物结构中加入适当的减震材料可以有效减小地震或风振引起的振动。
半主动振动控制是指将主动和被动振动控制方法相结合。
这种方法在实际应用中广泛使用，因为它综合了主动控制的快速反应能力和被动控制的稳定性和可靠性。
半主动振动控制系统通过智能控制算法和执行器的协调工作，实现对机械系统振动的精确控制。
汽车发动机传动系统的振动特性分析
汽车发动机传动系统的振动特性分析汽车作为现代人生活中不可或缺的交通工具，其中的发动机传动系统是其核心部件之一。
发动机传动系统的振动特性是我们在设计和改进汽车时必须要考虑的重要因素。
本文将以汽车发动机传动系统的振动特性分析为主题，探讨其对汽车性能和乘坐舒适度的影响。
1. 振动产生的原因及影响汽车发动机传动系统的振动是由多种原因引起的，包括发动机的工作原理、旋转不平衡、配气系统的不平衡等。
这些振动会直接影响到汽车的性能和舒适度。
首先，振动会导致发动机的失稳和不平衡，降低了发动机的工作效率。
这不仅影响到汽车的燃油经济性，还可能导致磨损加剧和损坏其他发动机部件。
其次，振动会传递到汽车的车身和底盘中，给乘客带来不舒适的感受。
特别是在高速行驶中，振动会加剧乘客的疲劳感，影响安全驾驶。
2. 振动特性的测试方法为了准确分析汽车发动机传动系统的振动特性，需要采用适当的测试方法。
常用的方法包括频谱分析、模态测试和混响测试。
频谱分析是通过采集振动信号，将其转换为频域信号分析振动的幅值和频率。
这可以帮助识别和定位引起振动的原因，进而进行有针对性的改进。
模态测试则是通过施加外力并观察结构的振动模态来分析其特性。
这可以帮助了解结构的固有频率和振动模态，并优化传动系统的设计。
混响测试则是在传动系统中引入随机激励信号，并观察其振动衰减的过程。
通过测量振动信号的幅值随时间的变化，可以分析传动系统的动态特性。
3. 改进传动系统的措施针对振动特性的测试结果，可以采取一系列措施来改进汽车发动机传动系统的性能和舒适度。
首先，可以通过在发动机的旋转部件上增加平衡块来解决由旋转不平衡引起的振动。
这可以有效地减少发动机的振动幅值，提升其工作稳定性。
其次，可以通过优化传动系统的结构和材料来减少振动的传递和共振。
例如，使用吸振材料和减震器来吸收和消散振动能量，降低振动的幅度和频率。
此外，合理设计传动系统的支撑结构和减振装置，也可以有效地减少振动的传递。
汽车发动机噪声与振动的控制研究
汽车发动机噪声与振动的控制研究汽车发动机是汽车的核心零部件，其性能的优良程度直接决定了汽车的品质和性能。
但是，在高速行驶时，汽车发动机的噪声和振动不仅会影响乘车的舒适性，而且还会造成乘车者身体不适。
因此，汽车发动机噪声和振动的控制研究已经成为整个汽车行业面临的挑战之一。
1. 噪声与振动对发动机性能的影响1.1 噪声对发动机性能的影响噪声是汽车发动机在运行中所体现出来的一种声音。
发动机噪声的大小和音调对于人类听觉的舒适程度有很大的影响，如果汽车发动机噪声太大，将会影响驾驶员对于周围交通的感知，从而容易造成交通事故。
同时，噪声也会增加汽车发动机的磨损和疲劳程度，影响发动机的使用寿命。
因此，降低发动机噪声是汽车工业所面临的一项重要挑战。
1.2 振动对发动机性能的影响振动是指物体在运动过程中发生的周期性的运动。
汽车发动机在运行时，由于内部的爆发压力，容易产生强烈的振动。
这种振动不仅会影响乘客的舒适感，还会对汽车发动机的使用寿命造成影响。
过大的振动不仅会引起汽车零部件的损坏，而且还会影响乘客的身体健康。
因此，减少振动已成为研究汽车发动机的一个关键问题。
2. 汽车发动机噪声和振动的控制方法2.1噪声与振动的整体控制方法汽车发动机的噪声和振动的整体控制方法主要有以下几个方面：(1)加强发动机的密封性：通过增加发动机封闭的阳猫、改善垫圈和密封材料等措施，有效降低噪声和振动的传播。
(2)采用减震措施：对于燃油系统、排气系统和进气系统中的重要部件进行减震处理，如控制引擎支撑、优化低频振动等。
(3)改进材料和技术：改变起动机、曲轴、配气机构等发动机构件的材料和配件，以降低噪声和振动的水平。
同时，新材料和新技术的应用，可以有效的降低噪声和振动的产生。
(4)引入控制系统：采用智能控制系统来控制发动机的转速、油路、水路等辅助系统，有效降低噪声和振动的生成。
2.2噪声与振动的局部控制方法汽车发动机的噪声和振动的局部控制方法主要有以下几个方面：(1)改进发动机的气动系统：通过改变进气道和排气道的设计，优化燃烧室的形状和尺寸，同时改进气门、缸套、活塞等组件的设计，可以降低发动机噪声和振动，并具有优异的动力性能。
车辆发动机抖动原因
车辆发动机抖动原因概述车辆的发动机抖动是指发动机在运行时出现不正常的震动或颤抖现象。
这种抖动不仅影响了行车的平稳性和驾驶体验，还可能导致发动机性能下降甚至发动机损坏。
本文将探讨车辆发动机抖动的原因，并提供相应的解决方法。
一、点火系统问题1. 火花塞故障：火花塞是发动机点火系统中的重要组成部分，其主要功能是在气缸内引燃混合气。
当火花塞出现故障时，可以导致发动机抖动。
火花塞可能会磨损、积碳、电极间隙不当等，这些问题都可能导致点火不良，从而引起车辆发动机抖动。
解决方法：定期更换火花塞，确保其处于良好工作状态。
同时，还应进行发动机维护，定期检查和清洁火花塞。
2. 点火线圈故障：点火线圈是发动机点火系统中的另一个重要组成部分，其主要功能是提供点火电流以产生火花。
如果点火线圈出现故障，将无法提供足够的电流，导致点火不良，从而引起发动机抖动。
解决方法：定期检查点火线圈的工作状态，确保其正常工作。
如果发现线圈故障，应及时更换。
二、燃油系统问题1. 燃油喷嘴堵塞：燃油喷嘴是将燃油喷入发动机燃烧室的部件。
当喷嘴堵塞时，燃油无法正常喷入燃烧室，导致燃烧不完全或无法点燃，从而引起车辆发动机抖动。
解决方法：定期清洁或更换燃油喷嘴，以确保其畅通无阻。
此外，还应定期进行燃油系统清洗，以保持系统的正常工作。
2. 燃油供应不足：当燃油供应不足时，发动机无法正常燃烧所需的燃油，从而导致发动机抖动。
这可能是由于燃油泵故障、燃油滤清器堵塞等原因引起的。
解决方法：定期检查燃油泵和燃油滤清器的工作状态，确保其正常工作。
如果发现故障，应及时进行维修或更换。
三、空气供应问题1. 空气滤清器堵塞：空气滤清器的主要作用是过滤进入发动机的空气，以防止杂质进入。
当空气滤清器堵塞时，空气流量降低，影响了发动机的正常工作，可能导致发动机抖动。
解决方法：定期更换空气滤清器，以保持其正常工作状态。
同时，还应定期清洁滤清器，以延长其使用寿命。
2. 进气系统漏气：如果进气系统存在漏气问题，会导致空气流量不稳定，从而引起发动机抖动。
汽车发动机的爆震分析与控制
收稿日期 :2000 - 12 - 10 作者简介 :万曼影 (1952 - ) ,女 ,副教授 ,从事动力与能源工程教学与科研工作 。
2001 年 6 月 噪 声 与 振 动 控 制 第 3 期
并依据爆震强度输入信号 ,由微机控制延迟点 火提前角的大小 。当爆震现象消失时 ,微机恢 复正常的点火提前角的控制 。
当微机进行闭环控制时 ,其实际点火提前 角的控制如图 9 所示 。当任何一缸产生爆震 时 ,微机立即减少一定的点火提前角 。当次缸 依据点火顺序再产生爆震时 ,同样再减少点火 提前角 。以此类推 ,逐渐减少点火提前角 。当 发动机不产生爆震时 ,则在一定时间内 ,维持当 前的点火提前角 。在此期间 ,若有爆震发生 ,也 同样减少点火提前角 ;若无爆震发生 ,则又逐渐 地增大点火提前角 ,一直到产生爆震时 ,又恢复 前述的反馈控制 。
汽车发动机的爆震分析与控制
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文章编号 :1006 —1355 (2001) 03 —0042 - 05
汽车发动机的爆震分析与控制
万曼影 ,王俊雄 ,邓真全 ,施锡钜
(上海交通大学 动力与能源工程学院 ,上海 200030)
摘要 :本文对发动机爆震现象的产生原因 、检测手段和利用电子控制系统防止爆震的方法进行了剖 析研究 。简述了电控系统的组成 、控制原理和控制软件 。电子控制使汽车发动机的动力性能 、经济性和 排放污染得到了很大的改善 。
3 发动机爆震控制
发动机的抖动总结
发动机的抖动总结引言发动机是汽车的心脏，它的稳定工作对车辆性能和行驶安全至关重要。
然而，有时我们可能会遇到发动机抖动的问题，这不仅会影响驾驶体验，还可能是发动机存在故障的迹象。
本文将总结发动机抖动的可能原因和解决方法。
发动机抖动的原因1.点火系统问题：点火系统故障是导致发动机抖动的常见原因之一。
这可能包括点火线圈损坏、火花塞老化或堵塞、点火开关故障等。
这种问题通常会导致发动机在启动或怠速时抖动明显。
2.供油系统故障：供油系统中的问题也可能引起发动机抖动。
例如，燃油喷嘴堵塞、燃油压力不稳定或燃油泵故障等，都会导致燃料供给不充分，进而影响发动机的正常工作。
3.进气系统问题：发动机抖动也可能是由于进气系统的问题引起的。
例如，空气滤清器堵塞、进气管道漏气或进气传感器损坏等，都会导致燃烧不完全，从而引起发动机抖动。
4.排气系统问题：排气系统中的故障也可能导致发动机抖动。
例如，催化转化器堵塞、排气管漏气或氧传感器故障等，都会影响废气排放和燃烧质量，从而引起发动机抖动。
5.发动机传动系统故障：发动机传动系统中存在故障时，也会引起发动机抖动。
例如，离合器结构松动、传动链链条磨损或传动轴承损坏等，都可能导致发动机抖动现象。
发动机抖动的解决方法1.检查点火系统：如果怀疑点火系统故障导致发动机抖动，可以先检查点火线圈和火花塞的状况，确保其正常工作。
如果发现损坏或老化，应及时更换。
2.检查供油系统：定期检查燃油喷嘴的清洁程度，如果发现堵塞情况，应及时清洗或更换。
另外，检查燃油泵的工作稳定性，确保燃油供给的充分性。
3.检查进气系统：定期清洗空气滤清器，确保空气进入缸内的干净。
同时检查进气管道是否漏气或损坏，如有问题应及时修复或更换。
4.检查排气系统：定期检查催化转化器和排气管道的情况，确保废气排放通畅。
如有堵塞或漏气情况，应及时清洗或修复。
5.检查发动机传动系统：如怀疑发动机传动系统有故障，可以检查离合器、传动链和传动轴承的状况，确保其结构紧固、磨损程度正常。
发动机的振动分析与控制
3.1发动机的振动激励源分析
3.1.1单缸发动机的激励源
2.单缸发动机的总激励源
曲轴的受力平衡方程：
Fx 0 N x P tc o s P rc o s 0 Fy 0 N yP tsinP rsin0
x O C O A O B c o s A B c o s
rco slco sr(co s 1co s)
r / l 为曲柄半径与连杆长度之比。
3.1发动机的振动激励源分析
3.1.1单缸发动C O A O B c o s A B c o s
rco slco sr(co s 1co s)
一反转力偶，该反转力矩通过发动机支承点传到车架上，使整车产生横向摆动； 旋转质量的惯性离心力的水平分量传到车架上，引起整车水平振动。
3.1发动机的振动激励源分析
3.1.2多缸发动机的激励源
多缸直列发动机可视为由曲轴连接起来的几个单缸发动机。作用在整个 缸体上的干扰力，应是各单缸受到的干扰力组成的一组空间力系。
多缸发动机受力
发动机缸体受力
总铅垂干扰力为：
P x P rx Pj
n
n
(m 1 m 2 )r2 c o s (ti) m 2r2 c o s2 (ti)
i 1
i 1
3.1发动机的振动激励源分析
3.1.2多缸发动机的激励源
多缸发动机受力
发动机缸体受力
水平干扰力仅与旋转质量的离心惯性力 P r
根据△ABC和△OAB的几何关系，得：
xl(12)r(coscos2)
4
4
l(12)r(costcos2t)
汽车发动机的燃烧噪声与振动控制
汽车发动机的燃烧噪声与振动控制在现代社会，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
然而，汽车的发动机燃烧噪声和振动给人们的驾驶体验带来了一定的困扰。
为了提高汽车的舒适性和安静性，对汽车发动机的燃烧噪声和振动进行控制是至关重要的。
本文将从发动机噪声和振动的原因入手，探讨一些常见的噪声和振动控制技术。
一、噪声的来源和控制1.1 燃烧噪声燃烧噪声指的是发动机在燃烧过程中产生的噪声。
这种噪声主要源于燃烧室内的高温高压气体和燃油的燃烧不完全。
燃烧噪声可以通过以下控制手段来减少：（1）改善燃烧室设计：优化燃烧室结构和燃烧室内的气流分布，提高燃烧效率，减少噪声的产生。
（2）提高燃油的喷射技术：采用先进的燃油喷射技术，如直接喷射和多点喷射等，可以使燃油燃烧更充分，减少噪声的产生。
（3）降低排气温度：通过增加散热器的面积和改进冷却系统，有效降低排气温度，减少噪声的散发。
1.2 机械噪声机械噪声是指发动机内部机械零部件运动时产生的噪声。
这种噪声的主要来源有曲轴、连杆、凸轮轴等部件的运动和摩擦声。
机械噪声可以通过以下控制手段来减少：（1）优化零部件的材料和制造工艺：选择高强度、低噪声的材料，并采用精密加工工艺，降低摩擦噪声。
（2）加装隔音材料：在发动机的关键部位加装隔音材料，如凸轮轴盖、曲轴箱等，有效降低机械噪声。
（3）减震措施：采用减震器和隔振装置，减少机械振动，进而降低机械噪声。
二、振动的来源和控制2.1 内燃机的振动内燃机的振动主要来自于排气脉动和不平衡力。
由于内燃机的工作过程是不连续的，燃烧的脉动力会给发动机带来一定的振动。
此外，由于内燃机各零部件的质量分布和工作时的力分布不均匀，也会导致发动机的振动。
内燃机的振动可以通过以下控制手段来减少：（1）改善配气系统：通过优化进气和排气系统的设计，使排气脉动减小，有助于降低内燃机的振动。
（2）平衡旋转部件：对内燃机旋转部件进行平衡处理，减少不平衡力，降低振动的产生。