发动机振动
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。
发动机低转速共振的原因
发动机低转速共振的原因
发动机低转速共振可能是由以下原因导致的：
1. 发动机机脚胶老化或损坏：机脚胶是用来固定发动机和车身的，它可以减轻发动机的震动，如果机脚胶损坏或老化，发动机的震动就会传递到车身，从而引起共振。
2. 发动机积碳：发动机积碳会导致燃烧不充分，从而引起发动机震动，当积碳过多时，就会引起低转速共振。
3. 发动机部件磨损：发动机部件的磨损也会导致震动加剧，从而引起共振。
4. 燃油质量问题：如果燃油质量不好，会导致燃烧不充分，从而引起发动机震动，进而引起共振。
5. 发动机温度过高：发动机温度过高也会导致震动加剧，从而引起共振。
以上是一些可能导致发动机低转速共振的原因，如果你的车辆出现了这种情况，建议尽快到正规的汽车修理厂进行检查和维修。
发动机振动的解决方法
发动机振动的解决方法
发动机振动的解决方法取决于振动的原因和程度。
以下是一些建议：
1. 检查和更换磨损的零部件：振动可能是由于发动机零部件（如活塞、连杆、曲轴等）的磨损引起的。
检查这些部件是否磨损，如有必要，请进行更换。
2. 平衡发动机：发动机平衡失调可能是振动的原因之一。
如果发动机已经运行了一段时间，建议进行发动机平衡。
3. 清洗燃油系统：油污和积碳会导致燃油系统的不正常工作，从而引起振动。
定期清洗燃油系统可以帮助消除这些问题。
4. 更换或修理汽车零件：发动机振动也可能是由于其他汽车零部件（如引擎支撑、皮带轮、风扇）的问题引起的。
根据具体情况，可能需要更换或修理这些零部件。
5. 定期保养发动机：定期维护发动机，包括更换机油、空气滤清器和火花塞，是减少振动的有效方法。
如果以上方法无法解决振动问题，建议请一位专业的汽车技师进行全面检查和诊断。
3发动机的振动分析与控制解析
将实际传递的力幅与激励力力幅的比值称为力传递率（隔振系数）：
F TF T F0 1 (2 ) 2 (1 2 ) 2 (2 ) 2
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3.2发动机隔振设计
3.2.1隔振原理
隔振分为：主动隔振和被动隔振。
(2) 被动隔振
若振源是支座运动，为减少支座位移对机器 等产生的振动，需采取一定的隔振措施，称 为被动隔振。 2 Y 1 (2 ) 隔振后系统稳态响应的振幅为：X (1 2 ) 2 (2 ) 2 位移传递率：
由上式可知，气体压力和往复惯性力对曲轴产生周期性转矩，变动幅值较 大，激起曲轴系统的扭转振动。
' 活塞作用在缸体上的侧向压力为：Pn Pn 体绕曲轴轴线作反向转动 。
，这产生一反力矩，使发动机缸
' M反 POA [(Pg Pj ) tan ](r cos l cos ) M主 n
M y (m1 m2 )r 2 li cos(t i ) m2 r 2 li cos 2(t i )
i 1 i 1
li 为第 i 个曲柄到简化中心的距离。
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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
Pr
多缸发动机受力 发动机缸体受力
绕铅垂轴的干扰力矩等于各缸水平干扰力对 x 轴的力矩，它仅与旋转惯 性力有关：
1 T 矩阵形式： T Q M Q 2
0 m 0 0 0 m 0 0 0 0 m 0 M Jx 0 0 0 0 0 0 J xy 0 0 0 J zx
0 0 0 J xy Jy J yz
0 0 0 J zx J zx Jz
3.1.2多缸发动机的激励源
汽车发动机的振动分析
汽车发动机的振动分析汽车作为现代社会中不可或缺的交通工具，其发动机的性能和稳定性至关重要。
而发动机的振动问题，不仅会影响到驾驶的舒适性，还可能对发动机的零部件造成损害，缩短其使用寿命。
因此，对汽车发动机的振动进行深入分析具有重要的现实意义。
首先，我们需要了解汽车发动机振动产生的原因。
发动机内部的燃烧过程是产生振动的主要源头之一。
在每个工作循环中，燃油在气缸内燃烧，产生的爆发力推动活塞运动。
这种爆发力并非均匀且持续的，而是瞬间的、脉冲式的，从而导致了活塞、连杆等部件的往复运动产生振动。
其次，机械部件的不平衡也是引起振动的重要因素。
例如，曲轴的质量分布不均匀，旋转时就会产生离心力，导致振动。
同样，飞轮、皮带轮等部件如果存在制造或安装上的偏差，也会引起不平衡振动。
另外，气门的开闭动作、配气机构的运动以及传动系统的齿轮啮合等，都会产生一定的振动。
而且，发动机与车架之间的连接方式和支撑结构的刚度不足，也会使得发动机的振动传递到车身，进一步放大振动的影响。
那么，如何对汽车发动机的振动进行测量和分析呢？常见的方法有使用加速度传感器。
这些传感器可以安装在发动机的不同部位，如缸体、缸盖、曲轴箱等，测量振动的加速度信号。
通过对这些信号进行采集和处理，可以得到振动的频率、幅值等特征参数。
频谱分析是一种常用的处理振动信号的手段。
它可以将复杂的振动信号分解为不同频率的成分，帮助我们找出主要的振动频率和对应的振源。
例如，如果在频谱中发现某个特定频率的振动幅值较大，就可以通过分析发动机的结构和工作原理，判断该频率可能与哪个部件的运动相关。
除了频谱分析，时域分析也是重要的方法之一。
通过观察振动信号在时间轴上的变化，可以了解振动的趋势和周期性。
此外，还可以使用模态分析技术，确定发动机结构的固有振动特性，如固有频率和振型，从而为优化设计提供依据。
对于汽车发动机的振动控制，有多种策略可以采用。
在设计阶段，可以通过优化发动机的结构来减少振动的产生。
工程机械发动机减振方法
工程机械发动机减振方法工程机械中的发动机是整个设备的核心部件，其稳定运行和振动减少对设备的正常工作起着非常重要的作用。
因此，工程师们一直在改进发动机减振方法，以提高设备的性能和使用寿命。
本文将介绍一些常用的工程机械发动机减振方法。
第一种方法是增加发动机固定点数量。
一般来说，工程机械的发动机会有几个固定点来保持其在设备中的稳定位置。
增加固定点的数量可以分散振动力，降低振动的传递效果。
通过增加固定点，可以减少振动对整个设备的影响，延长设备的使用寿命。
第二种方法是使用减振装置。
减振装置是一种专门设计用于减少振动传递的设备，它可以分散振动能量，阻止振动传递到其他部件。
常见的减振装置有弹簧减振器、液压减振器等。
这些减振装置通过吸收和消散振动能量来减少振动传递，提高设备的工作稳定性。
第三种方法是使用阻尼材料。
阻尼材料是一种能够吸收振动能量的材料，它可以将振动能量转化为热能，并减少振动的传递效果。
在工程机械中，可以将阻尼材料安装在发动机和其他部件之间，以减少振动传递。
常见的阻尼材料有橡胶、聚合物等。
第四种方法是使用平衡器。
平衡器是一种能够平衡不平衡振动力的设备，可以减少发动机的振动。
通过添加或调整平衡器，可以减少振动力的不平衡，使发动机保持平稳运行。
常见的平衡器有平衡轴、平衡块等。
第五种方法是改变发动机的结构设计。
通过改变发动机的结构设计，可以减少振动力的产生和传递。
例如，可以通过增加发动机的刚度来减少振动力的产生，通过改变发动机的凸轮轴设计来减少振动的传递等。
这些结构设计的改变可以减少振动的产生和传递，并提高设备的稳定性和工作效率。
综上所述，工程机械发动机减振方法有增加固定点数量、使用减振装置、使用阻尼材料、使用平衡器、改变发动机的结构设计等。
通过采用这些减振方法，可以减少发动机振动，提高设备的工作稳定性和使用寿命。
工程师们在实际设计和生产过程中应根据具体情况选择合适的减振方法，以满足设备的要求。
航空发动机的振动与噪声分析
航空发动机的振动与噪声分析一、引言航空发动机是飞机的核心装备，因此其性能的稳定性和可靠性对于保障飞机的安全和运营至关重要。
然而，航空发动机在运行过程中会产生各种各样的振动和噪声，这些振动和噪声会对发动机和飞机的其他部位造成损害，影响飞机的安全性和使用寿命。
因此，对航空发动机的振动和噪声进行深入的分析和研究，对于提高发动机和飞机的性能和可靠性，有着重要的意义。
二、航空发动机振动的来源和影响（一）航空发动机振动的来源航空发动机振动主要来自于以下几个方面：1.气动力振动：由于流体在发动机内部的流动引起振动，例如气动力脉动、稳定振荡和涡激振荡等。
2.机械振动：由于发动机旋转部件的不平衡、偏心和失衡等原因引起的机械振动，例如旋转不平衡、转子动力学振动和齿轮传动振动等。
3.热振动：由于温度的变化引起的热膨胀和热应力等原因引起的振动。
4.控制振动：由于主要机构和辅助机构的振动控制不良、稳定性不足和调节不当等原因引起的。
（二）航空发动机振动的影响航空发动机振动的影响主要有以下几个方面：1.机械疲劳：振动是发动机疲劳和损坏的主要原因，长期的振动会引起旋转部件的疲劳裂纹和损伤。
2.噪声：振动会产生噪声，并通过外观结构传递到飞机的其他部位，影响飞机的安全性和使用寿命。
3.不良的舒适性：振动会影响机组人员和乘客的舒适性，同时也会影响飞行人员的工作效率和对发动机的观察能力。
4.其他方面：航空发动机振动还可能影响发动机的整体性能，例如燃油消耗、电力输出和环境污染等。
三、航空发动机噪声的来源和影响（一）航空发动机噪声的来源航空发动机噪声主要来自于以下几个方面：1.气体流动噪声：由于气体流动过程中产生的噪声。
2.旋转部件噪声：由于旋转部件的摩擦声和其他噪声引起。
3.内燃机噪声：由于内燃机原理产生的噪声，例如火花塞爆炸和燃烧噪声等。
4.排气噪声：由于排气过程中产生的噪声。
（二）航空发动机噪声的影响航空发动机噪声的影响主要有以下几个方面：1.人员健康：长期处于高噪声环境下可能会对人们的健康产生影响，例如失聪等。
航空器用发动机的振动分析与控制
航空器用发动机的振动分析与控制摘要：航空器用发动机的振动分析与控制是航空工程领域中的重要课题之一。
本文将从振动的定义和产生原因开始，介绍航空器发动机振动的分类、分析方法及其对航空器性能和安全的影响。
接着，本文将介绍航空器发动机振动的控制方法，包括主动控制和被动控制，以及当前研究的趋势和挑战。
最后，本文总结了航空器用发动机振动分析与控制的重要性和挑战，并展望了未来研究的方向。
1. 引言航空器的发动机是其关键部件之一，负责提供动力以驱动飞机运行。
然而，发动机的振动问题会影响到航空器的性能和飞行安全。
因此，对航空器用发动机振动进行分析与控制是航空工程的重要课题之一。
2. 发动机振动的定义和产生原因振动是物体在运动过程中偏离平衡位置来回摆动的现象。
在航空器的使用过程中，发动机的振动主要来源于以下几个方面：不平衡、失调、共振和外界激励。
3. 航空器发动机振动的分类根据振动的性质和来源，航空器发动机的振动可以分为噪声振动和结构振动。
噪声振动是指由于发动机内部燃烧过程和机械运动引起的声音振动，而结构振动则是由于发动机结构本身的固有振动引起的。
4. 航空器发动机振动的分析方法为了对航空器发动机的振动进行分析，研究人员使用了多种分析方法。
常用的方法包括有限元分析、频谱分析、时域分析和傅立叶变换等。
5. 航空器发动机振动对性能和安全的影响航空器发动机的振动问题会对飞行器的性能和安全产生重要影响。
振动会导致材料疲劳、结构共振、机体损坏等问题，降低航空器的可靠性和寿命。
6. 航空器发动机振动的控制方法航空器发动机振动的控制方法可以分为主动控制和被动控制两种。
主动控制包括主动振动控制和振动源控制，通过应用传感器和反馈控制策略来减小振动。
被动控制则是通过材料选择、结构改进和减震装置等手段来减小振动。
7. 当前研究的趋势和挑战当前，航空器用发动机振动分析与控制研究的趋势主要包括：多学科协同设计、智能控制和综合性能评估等。
然而，该领域仍面临着挑战，如多尺度、多物理场、耦合振动等问题。
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动力装置振动 CAE
模型调整和最优化
例
在变速器箱体上增加的肋来增加纵向的弯 曲刚度
在变速器里被改变的变频器外壳厚 度导致在所有的垂面上的弯曲频率 增加了2-5 Hz, 横向的和扭转的模态.
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附件设备的振动
一些附件装置被安装在发动机上
• 动力导向泵 • 发电机
这些装置和它们的支架可能和发动机 或者其它零件产生共振
阀系受力包括
• 阀座撞击力 • 阀门弹簧座受力 • 凸轮轴承受力
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发动机振动 CAE
有限元分析
• 动力设备模态分析 动力设备隔离基准 传动系统和轴的分析 获得模态频率和 附件装置的模态
• 振动响应
用来估计发动机隔振器上的振动 /横向转动节气门 属于表面辐射分析的面速度
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发动机振动 CAE
有限元分析
来自工艺轴系的负荷/力
主轴承负荷
活塞侧向推力负荷
燃烧压力负荷
来自阀系的负荷/力
• • • • 阀门开启和关闭时的撞击 , 阀系受力由链/带运动或者齿轮传动造成 变速器里的齿轮系受力, 传动系统反馈力和运动
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发动机振动 CAE
整个动力设备的FEA
• 在动力设备隔离分析中,刚性动力设 备用来 简化分析.事实上,挠性动力设 备模态与刚性模态不同 • 动力设备模态要满足动力设备隔离要 求 • 在 动力设备模型与传动系统连接以 后,它可以用来分析整个动力系统模 态 • 动力设备 FE 模型 通常包括 附件装 置和 支架, 它们的模态频率和模态可 以容易地获得.
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扭转振动
曲轴扭转振动计算
• • • • • • • 轴的扭转刚性测定和惯性质量运动以及裂纹 throw元件 固有频率的计算, 本征值和发动机的速度临界 受迫振动计算: 所有的发动机运行条件的扭转振动振幅 曲轴零件的临界扭转应力 各种各样的阻尼器模型 (橡胶, 粘性 和弹簧), 2质量 阻尼器 阻尼器特性的最优化 阻尼器热损耗计算
• 结构缩小方法 (SAM)
• 分析结构的表面速度
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发动机振动 CAE
多体系统 (集总质量) 模型
• 集总质量模型通常被建立在ADAMS. • 发动机集总质量模型包括 工艺轴模型和阀系模型 这些模型的目的是计算作用在发动机机体上的力, 这些力来自机械和燃烧负荷
曲柄力包括:
• 主轴承力 • 活塞侧向推力 • 汽缸顶部所受力
• 流体噪声. 传播途径
– 动力导向系统 – 冷却系统 (AC, 变速器, … )
3
发动机振源
发动机噪声和振动源
机械 惯性
扭矩 不平衡力及运动 扭矩
燃烧 气体压力
x
振动部件 • 曲轴系振动
•
• •
阀系振动
附件振动 发动机机体振动
4
发动机振源
发动机点火 (燃烧) 脉冲: 气体压力
• 原因: 由于汽缸内气体压力不同
fd rpm Num berof Cylinder * 60 2
Intake
Compression 180 360
Explosion 540
Exhaust
720
发动机转速 600 rpm – 6000 rpm不等 例如: 4 缸发动机, 点火 (2nd 阶次) 频率: f = 20 Hz – 200 Hz 6 缸发动机, 点火 (3rd 阶次) 顺序: f = 30 Hz – 300 Hz
6
4
2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
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Excitation Frequency Ratio (f/fo)
扭转振动
橡胶阻尼器
• 简单的扭振阻尼器 • 双模态阻尼器
• 扭振和弯曲阻尼器 • 扭转的和轴向的
22
扭转振动
液力阻尼器 液力阻尼器结构
• 惯性圈
• 聚硅酮液体 • 外壳
2 1
16
3
发动机振源
惯性不平衡运动
汽缸平面总运动
M M i d i Fi
i 1 i 1
N
N
FN F3
• 力使汽缸平面产生运动 • 即使多缸不平衡力消除了, 运动也不会 消除
F1
F2
17
发动机振源
发动机振动分解
• 曲轴轴系振动
• • 由曲轴产生的振动是扭转振动 活塞敲击声不是发动机振动的主要来 源 , 但是 活塞敲击产生的噪声在低速 发动机上很容易就能识别
5
发动机振源
发动机点火脉冲 : 气体压力
• 只有气体力 --- 无质量 • 作用力是来自汽缸内的压力– p
• 气体力 Fp 在支架上抵消
• 只有气体压力扭矩是合成得: xFs • 作用在曲轴和支架上的扭矩大小相等方向相反.
Fp Fp Fs x Fs Fp Fp Fs Fp Fs Fs
Fp
6
发动机振源
扭转振动阻尼器
1. 在系统的自然频率内的扭转激励导致曲轴系统的共振 2. 扭转振动阻尼器 降低了这些振动的振幅. 这防止了曲轴的 损坏和降低了发动机的噪声和振动
阻尼器
1. 橡胶阻尼器 2. 液压阻尼器
8
• • •
使用弹性单元去连接另一 种惯性 再增加一个度 降低了特殊频率的振幅
Response @ Inertia M
因此, 扭矩TG是曲轴转角的周期性功能, 伴随着一个周 期性的2倍曲轴转数重复
x
Fp Fp
1 TG ( ) T0 Tm cos(m m ) 2 m 1
这个压力包括很多顺序 : ½, 1, 1½, 2, … …
7
发动机点火阶次:
在曲轴每转发生的点火数 4-冲程发动机
• • • • • 1 缸发动机: 点火阶次: ½ 阶次 2 缸发动机: 点火阶次: 1st 阶次 4 缸发动机: 点火阶次: 2nd 阶次 6 缸发动机: 点火阶次: 3rd 阶次 点火频率
l
r
13
发动机惯性阶次: 数学表达式
r l
基础运动学
x
l
d dt
x r cos l cos
r
x r cos l 1 2 sin 2
3 2 2 2 1 2 2 2 3 2 r cos (1 sin ) cos2 (1 sin ) (1 cos(4 ) x 8
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扭转振动
扭转振动导致的问题 • 曲轴共振 • 曲轴应力集中和破坏
系统的扭转振动可能影响下列辅助系统的工作
• • • • • 曲轴耐久性 皮带耐久性 和 附件 NVH 性能 正时链/带 耐久性和 NVH 齿轮系冲击噪声和耐久性 汽车车身低频轰鸣 (低频噪声 <80 Hz) 和隔室噪声
20
扭转振动
• 水泵
• 支架
例: 调查研究动力导向泵装置的NVH共振频率
增加的凸台
Additional Boss
Additional Ribs 33
增加的肋
激光振动仪 • 光学设备 – 表面速度的非接触测量 – 光学干涉测量法来测量在发射光和反射光中的频率变动 – 高的空间解答 – 被容纳的振动频率范围大 – 仍伴随着波 • 被避免的问题 – 表面的质量负荷 – 安装 – 与源临近 – 环境的不舒适性
T1 J1 Jd Jp T2 J2 T3 J3 T4 J4 T5 J5 Jf
Cd
K1
K2
K3
K4
K5
K6
24
Ce Ce Ce Ce Ce
发动机振动 CAE
发动机振动 CAE分析
• 多体系统 (集总质量) 模型
• 模拟所有的滑动和转动部件的整体运动
• 计算作用力
• 有限元模型
• 分析结构模式和频率 • 分析结构的动力响应
Powersteering, 交流发电机, AC 材料 材料, 设计 Manicats w/阻尼器和隔热罩
动力设备 NVH传递通道
• 结构噪声. 传播途径:
– 安装和转动限制器 – 排气装置支架
• 空气动力噪声. 传播途径
– 发动机机体 – 歧管 – 表面
• 流动噪声. 传播途径
– 进气歧管喷嘴 – 排气歧管喷嘴
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发动机振动 CAE
整个动力设备FEA
• FWD : 纵向弯曲
• FWD : 横向弯曲
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动力装置振动 CAE
模态调整和最优化
• 发动机变速器螺栓 附加的螺栓被加在发动机油盘底部 ,变速器也增加了肋 的厚度和增加了主支撑肋
例
增加的肋替代了 下面的支 架,10mm厚
增加的bosses去 支撑肋
31
34
• 力与旋转质量和裂纹扩展速度的二次方成比例 • 两大阶次: 第一阶次和第二阶次
15
发动机振源
惯性不平衡力
多缸
两个附加汽缸的曲柄角
FN F3
2 N
汽缸 I 减汽缸 #1 的曲柄角是:
F1
F2
j 1 ( j 1)
例: 3缸, N=3:
3 1 2400
2 1 1200
4
5
6
7
8
9
• 总体来说, 总扭矩会在所有 ½ 阶次的曲柄产生谐波
• 这中间的许多将会在与其它汽缸结合的过程中被抵消
12
发动机振源
发动机惯性力 /运动/扭矩
• 由于发动机的往复 (活塞和连 杆) 或者旋转 (曲轴和曲柄) 质 量. • 活塞的平移运动被转化成曲轴 的旋转运动 • 汽缸数越多, 力就越平衡也更 容易平衡
0.35
2 rcos cos2 x