振动与噪声(汽车新技术)
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等级
A B C D
刚性支撑
0.71—4.5 4.5—11.2 11.2--28 28--112
弹性支撑
0.71—7.1 7.1—18 18—45 45—112
备注
优 良 合格 不合格
发动机振动的分类
整机振动 结构振动 轴系振动
活塞、连杆受力分析
活塞往复惯性力、气体力、切向力
40000 30000 20000 10000 0
-20000 -40000
657 698
内燃机振动传播
整机振动
内燃机整体作为刚体和悬置组成一振动系统。 单质量多弹性支撑系统，6个自由度的整机刚 体运动。内燃机作x（垂向）、y（纵向）、 z（横向）、（平摇）、（横摇）、 （纵摇）六个自由度的振动。 激励力为各曲柄连杆机构产生的惯性力，活塞的 往复惯性力和活塞的侧击力引起的倾覆力矩。 危害：降低工作的可靠性 (各种管路，连接件)； 影响乘坐的舒适性等，所以有一个允许限值。
阶 数 1 2 固有频率(Hz) 试验值 152.0 179.3 计算值 153.0 190.0
3
4
397.6
436.7
414
468
有限元模型的网格 密度，单元节点数， 材料的物理性质，如 刚度、阻尼、泊松比 等对曲轴有限元计算 的结果有影响。
5
6 7 8
463.9
627.6 709.5 974.6
1 42 83 124 165 206 247 288 329 370 411 452 493 534 575 616 657 698
100000 80000 60000 40000 20000 0
42 83 124
1
165 206
247 288 329
370 411
452 493 534
575 616
汽车发动机振动 噪声及其控制技术
汽车系 岳东鹏
主要内容 0、引言
1、汽车发动机振动 2、汽车发动机噪声 3、振动噪声水平与研究状况
引言
பைடு நூலகம்
汽车工业已经是一个国家乃至全球经济的支柱 “能源与环境”是汽车和发动机工业在21世纪 发展所面临的两大课题 最具有挑战性的要求是解决噪声、振动和行驶 平顺性（NVH） 30% 、10%、 60%、 75% 、 60% “低噪声” 、 “低能耗” 、“低排放” 三个 目标为汽车发动机技术发展提出了更高的要求， 也成为推动发动机技术发展的原动力。
整机振动（2）
控制措施：
a：降低各种振动激励(各曲柄的连杆机构产生的惯性力，活塞的往复惯 性力、缸内气体力引起的倾覆力矩)。比如六缸机平衡性比四缸机好， 1、2阶往复惯性力和往复惯性力据都平衡，而四缸机的2阶往复惯性 力往复惯性力矩也没有平衡。 b：模态参数：固有频率避开这些激励力的频率。
x
固有 频率 5.03
2、峰值、有效值
3、振动速度级、振动加速度级
发动机振动度量参数和评价标准（2）
4、振动烈度：
vx vs N x
2
vy N y
2
vz N z
2
振动烈度评价标准
中小功率柴油机振动限值标准
5
6 7 8
1396.58
0.318
机体有限元模态分析结果
固有频率（Hz）
阶 次
实验 值 计算 值
振型
误差
1
2 3 4 5 6
352 502 670 715 859 113 6 115 7
365 515
绕垂向的1 阶扭转 绕Y轴的1阶 弯曲 主轴承的轴 向振动
3.6% 2.5%
760 833
主轴承轴向 振动
487
615 680 923
对应振型固有频 率的最大误差不超过 7%，可以认为能够满 足工程的需要 。
发动机振动度量参数和评价标准（1）
1、参数：位移，速度，加速度（幅值和频率） 位移：低频 速度：中频 加速度：高频
x asin( t), v asin( t), a 2 asin (t )
42 83 124 165 206 247 288 329 370 411 452 493 534 575 616
350000 300000 250000 200000
657 698 1
-10000 -20000 -30000 -40000 -50000 -60000
150000 100000 50000 0
固有频率 （Hz） 153 190 414 468 487 阶数 1 2 3 4 5 振 型
绕X轴的一阶弯振 绕y轴的一阶弯振 绕X轴的二阶弯振 绕Y轴的二阶弯振 Z方向上一阶纵振
615 680 923
6 7 8
绕Z轴的一阶扭振 Z方向上二阶纵振 绕Z轴的二阶扭振
曲轴的有限元模态分析
曲轴有限元和实验模态分析
实验模态分析装置
实验模态分析布点
机体模态实验结果
阶数 1 2 3 4
固有频率（Hz）
模态阻尼比 （%）
1.728
352.02 502.14 670.81 715.80 858.74 1135.69 1157.80
0.327 0.185 0.148 0.127 0.189 0.364
y
9.25
z
11.35
14.62
16.07
30.36
c：隔振，合理设计发动机的悬置系统，减少振动的传递。
结构振动
弹性的内燃机部件，如活塞、连杆、曲轴、机 体在燃烧力的作用下产生的弹性振动，考虑结 构的弹性，结构为弹性体，而不是刚体，也就 是考虑结构本身变形。 (如活塞和缸套间的撞击，曲轴的扭振、纵振、 弯振，齿轮间的振动，曲轴和主轴承的振动。) 内燃机的结构振动和内燃机噪声密切联系：主 要包括机体、油底壳、齿轮室盖、进排气管等 的振动，决定了内燃机的辐射噪声（除去进气 噪声和排气噪声外）。
6%
7 8
102 9
绕Y轴的2阶 弯曲 机体在XZ 平面前后错 动 机体绕X轴 的1阶弯曲 机体裙部高 阶弯曲振动
3.1%
2.4%
139 6
149 3
5.1 %
曲轴的有限元模态分析
采用能够准确反映 实体特征的六面体单元 建立了曲轴模型。最后 把整个曲轴系统划分为 5060个节点，3302个六 面体单元。
第一部分
汽车发动机振动
振动的基本概念
结构在平衡位置附近作往复运动。 动力学方程 M Cx Kx f x 振动和质量M，阻尼C和刚度K，激励力f有关 单自由度系统：弹簧振子的固有频率 1 k f 模态分析的概念 2 m 1．固有频率（包含模态质量和模态刚度） 2. 模态振型 3. 阻尼比 通过实验或计算可以得到以上参数(有限元方法)
A B C D
刚性支撑
0.71—4.5 4.5—11.2 11.2--28 28--112
弹性支撑
0.71—7.1 7.1—18 18—45 45—112
备注
优 良 合格 不合格
发动机振动的分类
整机振动 结构振动 轴系振动
活塞、连杆受力分析
活塞往复惯性力、气体力、切向力
40000 30000 20000 10000 0
-20000 -40000
657 698
内燃机振动传播
整机振动
内燃机整体作为刚体和悬置组成一振动系统。 单质量多弹性支撑系统，6个自由度的整机刚 体运动。内燃机作x（垂向）、y（纵向）、 z（横向）、（平摇）、（横摇）、 （纵摇）六个自由度的振动。 激励力为各曲柄连杆机构产生的惯性力，活塞的 往复惯性力和活塞的侧击力引起的倾覆力矩。 危害：降低工作的可靠性 (各种管路，连接件)； 影响乘坐的舒适性等，所以有一个允许限值。
阶 数 1 2 固有频率(Hz) 试验值 152.0 179.3 计算值 153.0 190.0
3
4
397.6
436.7
414
468
有限元模型的网格 密度，单元节点数， 材料的物理性质，如 刚度、阻尼、泊松比 等对曲轴有限元计算 的结果有影响。
5
6 7 8
463.9
627.6 709.5 974.6
1 42 83 124 165 206 247 288 329 370 411 452 493 534 575 616 657 698
100000 80000 60000 40000 20000 0
42 83 124
1
165 206
247 288 329
370 411
452 493 534
575 616
汽车发动机振动 噪声及其控制技术
汽车系 岳东鹏
主要内容 0、引言
1、汽车发动机振动 2、汽车发动机噪声 3、振动噪声水平与研究状况
引言
பைடு நூலகம்
汽车工业已经是一个国家乃至全球经济的支柱 “能源与环境”是汽车和发动机工业在21世纪 发展所面临的两大课题 最具有挑战性的要求是解决噪声、振动和行驶 平顺性（NVH） 30% 、10%、 60%、 75% 、 60% “低噪声” 、 “低能耗” 、“低排放” 三个 目标为汽车发动机技术发展提出了更高的要求， 也成为推动发动机技术发展的原动力。
整机振动（2）
控制措施：
a：降低各种振动激励(各曲柄的连杆机构产生的惯性力，活塞的往复惯 性力、缸内气体力引起的倾覆力矩)。比如六缸机平衡性比四缸机好， 1、2阶往复惯性力和往复惯性力据都平衡，而四缸机的2阶往复惯性 力往复惯性力矩也没有平衡。 b：模态参数：固有频率避开这些激励力的频率。
x
固有 频率 5.03
2、峰值、有效值
3、振动速度级、振动加速度级
发动机振动度量参数和评价标准（2）
4、振动烈度：
vx vs N x
2
vy N y
2
vz N z
2
振动烈度评价标准
中小功率柴油机振动限值标准
5
6 7 8
1396.58
0.318
机体有限元模态分析结果
固有频率（Hz）
阶 次
实验 值 计算 值
振型
误差
1
2 3 4 5 6
352 502 670 715 859 113 6 115 7
365 515
绕垂向的1 阶扭转 绕Y轴的1阶 弯曲 主轴承的轴 向振动
3.6% 2.5%
760 833
主轴承轴向 振动
487
615 680 923
对应振型固有频 率的最大误差不超过 7%，可以认为能够满 足工程的需要 。
发动机振动度量参数和评价标准（1）
1、参数：位移，速度，加速度（幅值和频率） 位移：低频 速度：中频 加速度：高频
x asin( t), v asin( t), a 2 asin (t )
42 83 124 165 206 247 288 329 370 411 452 493 534 575 616
350000 300000 250000 200000
657 698 1
-10000 -20000 -30000 -40000 -50000 -60000
150000 100000 50000 0
固有频率 （Hz） 153 190 414 468 487 阶数 1 2 3 4 5 振 型
绕X轴的一阶弯振 绕y轴的一阶弯振 绕X轴的二阶弯振 绕Y轴的二阶弯振 Z方向上一阶纵振
615 680 923
6 7 8
绕Z轴的一阶扭振 Z方向上二阶纵振 绕Z轴的二阶扭振
曲轴的有限元模态分析
曲轴有限元和实验模态分析
实验模态分析装置
实验模态分析布点
机体模态实验结果
阶数 1 2 3 4
固有频率（Hz）
模态阻尼比 （%）
1.728
352.02 502.14 670.81 715.80 858.74 1135.69 1157.80
0.327 0.185 0.148 0.127 0.189 0.364
y
9.25
z
11.35
14.62
16.07
30.36
c：隔振，合理设计发动机的悬置系统，减少振动的传递。
结构振动
弹性的内燃机部件，如活塞、连杆、曲轴、机 体在燃烧力的作用下产生的弹性振动，考虑结 构的弹性，结构为弹性体，而不是刚体，也就 是考虑结构本身变形。 (如活塞和缸套间的撞击，曲轴的扭振、纵振、 弯振，齿轮间的振动，曲轴和主轴承的振动。) 内燃机的结构振动和内燃机噪声密切联系：主 要包括机体、油底壳、齿轮室盖、进排气管等 的振动，决定了内燃机的辐射噪声（除去进气 噪声和排气噪声外）。
6%
7 8
102 9
绕Y轴的2阶 弯曲 机体在XZ 平面前后错 动 机体绕X轴 的1阶弯曲 机体裙部高 阶弯曲振动
3.1%
2.4%
139 6
149 3
5.1 %
曲轴的有限元模态分析
采用能够准确反映 实体特征的六面体单元 建立了曲轴模型。最后 把整个曲轴系统划分为 5060个节点，3302个六 面体单元。
第一部分
汽车发动机振动
振动的基本概念
结构在平衡位置附近作往复运动。 动力学方程 M Cx Kx f x 振动和质量M，阻尼C和刚度K，激励力f有关 单自由度系统：弹簧振子的固有频率 1 k f 模态分析的概念 2 m 1．固有频率（包含模态质量和模态刚度） 2. 模态振型 3. 阻尼比 通过实验或计算可以得到以上参数(有限元方法)