汽车振动与噪声控制-4振动控制基础

2014-5-231第四章振动控制基础2014-5-232第四章振动控制基础§4.1振动评价及标准§4.1.1振动的评价§4.1.2振动的评价标准§4.1.3振动试验§4.2振动控制概述§4.3转子的平衡—消振§4.4动力吸振器§4.4.1无阻尼动力吸振器§4.4.2阻尼动力吸振器§4.4.3动力吸振器的设计步骤§4.5振动的隔离§4.5.1隔振分类§4.5.2隔振评价§4.5.3隔振原理§4.5.4隔振性能分析§4.5.5隔振设计与隔振器§4.6阻尼减振技术§4.6.1阻尼的定义和作用§4.6.2阻尼产生的机理§4.6.3阻尼材料§4.6.4阻尼基本结构及应用§4.7工程应用2014-5-233§4.1振动的评价及标准§4.1.1振动的评价振动对人身体危害对设备造成危害振动有时也是有益的研究振动的目的：减轻或消除有害振动，更好地利用有益振动。2014-5-234§4.1振动的危害与评价振动强弱常用振动加速度级、振动级来衡量。振动加速度级：若ae为某频率振动的加速度有效值。aref——参考的加速度，则该频率的加速度级为，单位：dB。对于一般振动Aeaa2252110refams20lgearefaLa2212.....eeeaaa2014-5-235人体对振动的感觉与振动频率、加速度大小以及在振动环境中暴露的时间长短、振动方向有关，综合这些因素，国际标准化组织(ISO)给出了等感度曲线，根据等感度曲线对加速度值进行修正得到修正加速度。ea修正加速度值对应的加速度级称为振动级refeaaaLlg20振动级比振动加速度级应用更广泛。§4.1振动的评价及标准等感度曲线2014-5-236§4.1振动的评价及标准.'2'20lg.10ffeearefcaefeefefaLaaaaafcf振动级－修正后的总的振动加速度有效值－频率为的振动加速度有效值－频率为的修正值中心频率/Hz12481631.5垂向修正/dB－6－300－6－12水平修正/dB33－3－9－15－21等感度曲线2014-5-237§4.1.2振动的评价标准人体对振动的感觉：刚感觉到的振动是0.003g不愉快感觉的振动是0.05g不可容忍的振动是0.5gISO2631给出了人体受到水平、垂直振动时的疲劳界限标准。(加速度值和振级)GB10070—88给出了城市区域环境振动标准（振级）。GB10071—88给出了振动的测量标准§4.1振动的评价及评价2014-5-238§4.1.3振动试验模态试验锤子敲击激振器激励振动响应座椅,方向盘,等异响识别隔振器刚度激光测量,等§4.1振动的评价及评价2014-5-239§4.2振动控制概述振动控制考虑对象：振源、传递途径、受控对象。振动控制措施：消振、吸振、隔振、阻振、修改结构等。消振——控制振源振动消振是最彻底最有效的方法。如转子不平衡：车轮、传动轴、发动机曲轴等吸振——动力吸振在受控对象上附加一个子系统使得某一频率的振动得到控制——吸振，又称为动力吸振，这种技术应用的也十分广泛。2014-5-2310§4.2振动控制概述隔振——控制传递途径如大型基础隔振沟，隔振器阻振——阻尼减振在受控对象上附加阻尼器，通过消耗能量使响应减小，也常用外加阻尼材料的方法增大阻尼。修改结构通过修改受控对象的动力学特性参数（质量、刚度、阻尼特性）使振动满足预定要求，不需要附加任何子系统的振动控制。如模态分离。随着电子、电控技术的发展，振动、噪声的主动控制越来越引起人们的注目。如半主动悬架、主动悬架结构。2014-5-2311§4.2振动控制概述模态分离策略模态分离策略在产品开发的初期,对所有系统和部件建立模态频率表为设计和目标制定提供模态分析的策略怠速频率2014-5-2312§4.2振动控制概述悬架的被动控制到主动控制2014-5-2313一、转子平衡的目的：转子不平衡会使运动副中产生附加的动压力，增加运动副的磨损、影响构件的强度、降低机械效率。转子不平衡会使机械及其基础产生强迫振动，导致工作精度和可靠性下降，零件疲劳损伤加剧，并产生噪声污染。转子不平衡会引起共振，使机械遭到破坏，甚至危及人员及厂房安全。汽车中旋转部件很多。消除或尽量减小惯性力引起的振动等不良影响，提高工作性能、延长机械的使用寿命并改善现场的工作环境。§4.3转子的平衡－消振2014-5-2314二、不平衡的原因转子质量中心线与转轴中心线不重合时便存在转子偏心。转子偏心在运行时产生周期性离心惯性力，不平衡。偏心来源：材质不均匀、加工误差、装配误差以及运行不当。偏心实际上很难完全消除。产生的不平衡类型：力不平衡（静不平衡）；力偶不平衡；动不平衡；悬臂转子不平衡等。§4.3转子的平衡－消振2014-5-2315转子静平衡：转子仅在重力作用下能随意停留在任意角方位而不发生转动。§4.3转子的平衡－消振2014-5-2316转子动平衡：旋转情况下，转子既没有惯性力合力，又没有惯性力耦作用在支撑上。转子要满足动平衡必须满足静平衡。但静平衡转子不一定能达到动平衡。§4.3转子的平衡－消振2014-5-2317§4.3转子的平衡－消振2014-5-2318刚性动平衡－低速动平衡：转速较低时转子按刚性考虑，即忽略由于离心惯性力引起的动挠度；即工作转速与一阶临界转速之比小于0.7时，弹性变形可忽略，转子视为刚性转子；利用力系平衡理论解决。柔性动平衡－高速动平衡：转速较高时，离心力引起的动挠度和转速相关，校正时不能忽略离心力引起的动挠度影响，即工作转速与一阶临界转速之比大于0.7时，弹性变形不可忽略，转子视为挠性转子，且变形的大小、形态与工作转速有关；一般需考虑前三阶振型的平衡。§4.3转子的平衡问题－消振2014-5-2319三、平衡方法和标准处理偏心引起振动的方法：设计法：设计阶段采取措施，以消除或减少可能导致有害振动的不平衡惯性力与惯性力矩。试验法：运行前进行平衡试验，去重或增加平衡块，以减少或部分消除振动。理想的完全平衡转子：转子旋转时各部分质量产生的离心力合力和合力耦都等于零，转子旋转时对支撑产生的作用只有重力作用。实际中，只要小于许用不平衡量即可。§4.3转子的平衡问题－消振2014-5-2320§4.3转子的平衡问题－消振四、平衡原则：平衡方法转子长度L与外径D之比工作转速r/min静平衡D/L5任何转速动平衡D/L510002014-5-2321§4.3转子的平衡问题－消振五、动力转动系的NVH平衡：第一阶传递轴激励传动齿轮啸叫2阶激励变速箱分动器后传动轴后驱动桥后半轴前传动轴前驱动桥前半轴支撑轴承万向节BalancePlane2014-5-2322221.1.齿轮啮合齿轮啮合GearMeshingGearMeshing传递误差TransmissionError(TE):R1R212完好的齿轮啮合应该是几何完满对中完美齿轮刚度无限大2*21*1RR•实际的齿轮啮合为:2R*21R*12*21*1RRTE=2.2.轴的不平衡轴的不平衡ShaftImbalanceShaftImbalance2mrF3.3.由十字连接引起的由十字连接引起的22阶激阶激励励2ndOrderExcitation2ndOrderExcitationcausedbyCardonjointcausedbyCardonjoint§4.3转子的平衡问题－消振rOAB2014-5-2323§4.4动力吸振器动力减振：当机器运转时的频率与结构的固有频率一致无法错开时，可采用动力减振。常用方法有质量减振和动力吸振。质量减振：在主振动系中增加质量块，使主振动系的固有频率下降，从而避开共振。2014-5-2324§4.4动力吸振器动力减振：动力吸振器即在主振动系统上附加一个(副)子系统，在参数设计合理时，子系统会将外部输入的能量全部吸收而使主振动系统不发生振动。实际是通过动力吸振器吸收主振动系统的振动能量，降低主振动系统振动。无阻尼动力吸振，有阻尼动力吸振等。2014-5-2325§4.4动力吸振器§4.4.1无阻尼动力吸振器设有一个单自由度系统，质量为M，刚度为K，在一个频率为，幅值为的简谐外力的激励下，系统做强迫振动，其强迫振动振幅为：AF220201111.ststAXXKFX静位移激励频率固有频率2014-5-2326当，时0X但实际的系统均存在阻尼，因此22222221121ststXXXX其曲线为可以看出阻尼越大则在共振区附近振动幅值下降越大。当系统阻尼很小时则振幅很大，此时动力吸振是一个有效方法。§4.4动力吸振器220201111.ststAXXKFX2014-5-2327所谓动力吸振就是在主系统上附加一个（副）子系统，在参数设计合理的情况下，子系统会将外部输入的能量全部吸收而使主系统不发生振动。无阻尼动力吸振器动力方程：0sin212211kxkxxmtFkxxKkxMA0sin..002121tFxxkkkKkxxmMA其矩阵形式为：§4.4动力吸振器2014-5-2328tXXxxsin2121设0.0021212AFXXkkkkKXXmM0.12221AFmkkkMkKXXAFkmkXX.221代入动力方程，得得到222.kmkMkK§4.4动力吸振器2014-5-2329mk若则0011xX此时主振动系统不振动。kFXA2子系统与激励反相，即质量M受到的激励恰好被来自吸振器弹簧的弹性恢复力平衡掉。可见无阻尼动力吸振器的原理是使吸振器固有频率恰好等于激励的频率，这样可使主振系统的振幅变为零，而吸振器的振幅为，从而达到吸振的目的。)sin(2tkFxA并且有tFkxFAsin2§4.4动力吸振器子系统弹簧力：AFBkAFkmkXX.221222.kmkMkK2014-5-2330§4.4动力吸振器动力吸振器实例2014-5-2331§4.4动力吸振器2014-5-2332无阻尼动力吸振器的使用条件尽管动力吸振器有以上良好的吸振功能，但在工程实际中并非所有情况都能使用，只在一定的条件下才能有好的吸振效果：主振动系统阻尼较小。工程中基本符合要求。激振频率接近或等于主系统的固有频率，且频率较稳定。§4.4动力吸振器2014-5-2333动力吸振方法减振效果最明显的条件：主振系的固有频率等于激振器频率，在未加吸振器振幅极大，加上后振幅为零。此时主、吸振系统单独考虑时的固有频率，有：012MKmk§4.4动力吸振器MmKk0双自由度系统固有频率主系统、子系统单独的固有频率2014-5-2334将振动系统考虑成二自由度振动系统，一样可以得到系统的振动方程：0sin212211kxkxxmtFkxxKkxMA§4.4动力吸振器AFkmkXX.221方程的解：222.kmkMkK2014-5-2335MmKk42122022,122212.0,0KkMkmkXX显然，只有，才有趋于，即发生共振。即所对应的固有频率为二自由度系统的共振频率。§4.4动力吸振器424242()()()1(2)1MmKmkMkmKkMmmMmKkKkkKK