发动机的振动分析与控制(-学时)

•《汽车振动学》第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动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3.1.2多缸发动机的激励源•发动机工作中产生的不平衡惯性力和力矩是引起汽车振动的主要激励源之一。1）惯性力激励源：3.1.1单缸发动机的激励源活塞销曲柄销XX指曲轴旋转的角度（相对于轴）指指连杆相对于轴夹角3.1.1单缸发动机的激励源•对活塞运动分析：活塞往复惯性力jp3.1.1单缸发动机的激励源2）单缸发动机总激励源：P?Pjg活塞往复惯性力气体对活塞压力PP? nt：汽缸壁对活塞支持力：连杆对活塞拉力活塞受力xyPPrtNN曲轴离心力连杆对曲轴拉力（不考虑连杆重力）和：发动机缸体对曲轴的支持力曲轴受力活塞爆发压力：活塞受力平衡方程：3.1.1单缸发动机的激励源详细求解曲轴旋转主动力矩推导xyPPrtNN、、都通过曲轴支点连杆对曲轴拉力会产生旋转力矩，设活塞离曲轴支点距离为hssin()sinsin=ssinsin()sin()ttrlhrMPhPr主连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力臂：连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力距：xyPPsrtNN、、都通过曲轴支点连杆对曲轴拉力会产生旋转力矩，设活塞离曲轴支点距离为曲轴旋转主动力矩：由于该合力矩周期变化，会激起曲轴系统的扭转振动。3.1.1单缸发动机的激励源gj气体压力P和往复惯性力P使曲轴产生转动的力矩。活塞反作用缸体力分析：活塞反作用在缸体上的力矩使缸体绕曲轴轴线反向转动，数值与使曲轴旋转的主动力矩相等。3.1.1单缸发动机的激励源曲轴受力平衡方程：3.1.1单缸发动机的激励源指？指？曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上铅垂力：气体压力Pg不对车架产生振动，而往复惯性力Pj和离心惯性力Pr会引起整车上下振动。3.1.1单缸发动机的激励源曲轴作用于缸体力分析：曲轴作用在轴承上水平力：气体压力Pg、往复惯性力Pj引起整车横摆振动，离心惯性力Pr会引起整车水平振动。3.1.1单缸发动机的激励源3.1.1单缸发动机的激励源mgrjP单缸发动机受力图：其中P曲轴离心惯性力活塞往复惯性力气缸重力缸体绕曲轴轴线反向转动力矩Mz，数值与使曲轴旋转的主动力矩相等。气缸受力•可看成由曲轴联起来的多个单缸发动机。3.1.2多缸发动机的激励源•回转离心力在垂直方向的合力：3.1.2多缸发动机的激励源•往复惯性力：•垂直方向合力：•离心惯性力在水平方向分力：3.1.2多缸发动机的激励源•绕y轴力矩：3.1.2多缸发动机的激励源•绕x轴力矩：•绕z轴（曲轴轴线）力矩：第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.2发动机隔振设计3.2.1隔振原理3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计3.2.1隔振原理•有效隔振分为两种：主动隔振和被动隔振。1）主动隔振：振源是机器本身，使它与地基隔离，减少对周围的影响。3.2.1隔振原理•经弹簧传递给地基的力：•经阻尼器传递给地基的力：•传递给地基的力的最大值：3.2.1隔振原理•根据有阻尼强迫振动分析可知，稳态振幅：则：•隔振系数或力传递系数（主动隔振评价指标）：3.2.1隔振原理2）被动隔振：振源来自地基，为减少对地基对机器的振动影响而采取的措施。3.2.1隔振原理•隔振后系统稳态响应的振幅：注：与主动隔振评价指标表达式完全一样。两者统称为传递率。•评价指标为位移传递率：3.2.1隔振原理•结论：1）不论阻尼为多少，只有在频率比才有隔振效果；2）在给定某个频率比的值，隔振效果随着阻尼比的减少而降低；频率比一般定在2.5~4.5之间，隔振效率为80％～90％•请问：位移传递率和隔振效率的关系？16周实验4：T值的Matlab仿真分析00.511.522.533.5400.511.522.533.5频率比传递率T或X/Ye=0.05e=0.10e=0.15e=0.20e=0.375e=0.05;fori=1:100r(i)=0.04*i;T(i)=((1+(2*e*r(i).^2))./(((1-r(i).^2).^2+2*e*r(i).^2))).^0.5;%T(i)=(((1-r(i).^2).^2+2*e*r(i).^实验要求•（1）请同学们读懂源程序，修改源程序使之与前一图相似，并且标注•（2）请回答T值图为什么与上一实验幅频特性曲线一致。隔振设计步骤：•1）测试分析系统的质量、外界的干扰频率；•2）按照频率比在2.5~5之间确定系统固有频率；•3）根据固有频率计算公式，确定隔振弹簧的刚度；•4）计算机器工作振幅，核算是否达标；•5）根据实际情况确定隔振器类型与安装方式；•6）根据机器起停过程确定隔振阻尼；3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计1）悬置系统的物理模型：三点支撑和四点支撑。3.2.2发动机悬置系统动力学模型及优化设计简化力学模型：刚体，六自由度16周实验5：Matlab仿真发动机四点悬置振动分析•（2）给定发动机的参数书上的题3.5（p119）•未求和答案，请优化程序并计算结果。11.87603.66581.79690.00000.00000+0.0000i17.57859.99708.80005.63022.92722.098817.57859.99708.80005.63022.92722.0988外部求和for循环求和错误结果第3章发动机的振动分析与控制3.1发动机的振动激励源分析3.2发动机隔振设计3.3发动机气门振动3.3发动机气门振动3.3.1发动机气门振动模型3.3.2气门振动控制措施3.3.1发动机气门振动模型气门结构简化力学模型：1）无阻尼单自由度模型Me—气门系统等效之质量K1和k2—等效刚度3.3.1发动机气门振动模型无阻尼单自由度系统运动微分方程：固有频率：3.3.1发动机气门振动模型气门结构简化力学模型：2）无阻尼三自由度模型气门的等效质量挺杆的等效质量摇臂的等效质量对应刚度3.3.1发动机气门振动模型无阻尼三自由度系统运动微分方程：m、k、x分别为气门、挺杆和摇臂等效质量、等效刚度和垂直位移。F0-气门推力--摇臂转角3.3.1发动机气门振动模型系统运动微分方程求解：3.3.1发动机气门振动模型求出固有频率：特征频率方程：给出：Matlab仿真计算：利用行列式值求矩阵特征根！•要求：利用行列式值求矩阵特征根！•答案不对f1=6.2695e+003+1.3557e-029if2=8.9259e+002-4.6435e-029if3=3.6517e+003-1.3183e-029i17周实验6：利用行列式值求矩阵特征根！3.3.2气门振动控制措施1）提高气门系统的固有频率是控制气门振动的有效措施。提高系统的刚度，减少运动件的质量。2）合理设计凸轮的形线也是控制气门振动的有效措施。凸轮形线缓冲高度：3）合理设计气门弹簧刚度也是控制气门振动的有效措施。