第十二讲 汽车发动机的振动分析与控制优秀PPT.ppt

《第十二讲 汽车发动机的振动分析与控制优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十二讲 汽车发动机的振动分析与控制优秀PPT.ppt（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十二第十二讲 汽汽车发动机的振机的振动分析与控制分析与控制第一页，本课件共有55页主要内容主要内容1.汽车平顺性定义汽车平顺性定义2.人体反映与平顺性评价人体反映与平顺性评价3.道路路面不平度的统计描述道路路面不平度的统计描述4.平顺性分析平顺性分析5.影响汽车平顺性的结构因素影响汽车平顺性的结构因素第二页，本课件共有55页4.平顺性分析平顺性分析1.常用平顺性分析模型：四轮汽车简化模型常用平顺性分析模型：四轮汽车简化模型简化为简化为5个质量、个质量、8个弹簧阻尼系统个弹簧阻尼系统第三页，本课件共有55页根据坐标系，行驶汽车整车的根据坐标系，行驶汽车整车的6种运动：种运动：1）纵向运动）纵向

2、运动(longitudinal Motion)沿沿x轴方向，即行驶方向的运动；轴方向，即行驶方向的运动；2）侧倾运动）侧倾运动(Roll)-绕绕x轴的转动；轴的转动；3）垂直运动）垂直运动(Bounce or Heave Motion)沿沿z轴方向的运动；轴方向的运动；4）横摆运动）横摆运动(Yaw)-绕绕z轴的转动；轴的转动；5）侧向运动）侧向运动(Lateral Motion)沿沿y轴方向的运动；轴方向的运动；7）仰俯运动）仰俯运动(Pitch)-绕绕y轴的转动；轴的转动；与平顺性有关与平顺性有关七自由度模型七自由度模型：车体：车体垂直运动、仰垂直运动、仰俯运动、侧倾运动俯运动、侧倾运动和

3、和4个车轮的垂直运动个车轮的垂直运动第四页，本课件共有55页进一步简化进一步简化 汽车简化为汽车简化为4自由度平面半车模型自由度平面半车模型：车体：车体垂直运垂直运动、仰俯运动动、仰俯运动和和2个车轮的垂直运动个车轮的垂直运动第五页，本课件共有55页第六页，本课件共有55页第七页，本课件共有55页单质量系统模型单质量系统模型在远离车轮部分固有频率在远离车轮部分固有频率(1015Hz)的较低激振频率范围的较低激振频率范围(5Hz)以下，车轮变形很小，忽略其弹性与车轮质量，以下，车轮变形很小，忽略其弹性与车轮质量，可得到车身垂直振动的最简单的单质量系统可得到车身垂直振动的最简单的单质量系统第八页，

4、本课件共有55页第九页，本课件共有55页考虑汽车悬架考虑汽车悬架系统，阻尼比系统，阻尼比取取0.25左右，属左右，属于小阻尼于小阻尼第十页，本课件共有55页第十一页，本课件共有55页第十二页，本课件共有55页第十三页，本课件共有55页第十四页，本课件共有55页双质量系统模型双质量系统模型由由 与与 得到得到系统变为两个单独的系统变为两个单独的双质量振动模型双质量振动模型第十五页，本课件共有55页运动微分方程：运动微分方程：不考虑阻尼：不考虑阻尼：第十六页，本课件共有55页5.影响汽车平顺性的结构因素影响汽车平顺性的结构因素1.悬架刚度悬架刚度2.阻尼比阻尼比3.人体人体-座椅系统的参数座椅系统

5、的参数选择选择4.轮胎轮胎5.非悬挂质量非悬挂质量第十七页，本课件共有55页第 6 章 发动机及动力总成噪声6.1 发动机及机及动力力总成噪声分析与控制成噪声分析与控制6.2 传动系噪声系噪声6.3 发动机的空气机的空气动力噪声力噪声第十八页，本课件共有55页汽车的噪声污染噪噪声声泛泛指指一一切切对人人们生生活活和和工工作作有有妨妨碍碍的的声声音音；或或者者是是说人人们不需要并希望用一定措施加以控制和消除掉的声音的不需要并希望用一定措施加以控制和消除掉的声音的总称。称。汽车噪声汽车噪声汽汽车行行驶中中产生的生的综合的声合的声辐射。射。汽汽车车噪噪声声包包括括发发动动机机噪噪声声、传传动动系系统

6、统噪噪声声、轮轮胎胎噪噪声声和和车车身噪声。身噪声。第十九页，本课件共有55页6.1.1 噪声源噪声源分为两类：分为两类：空气动力噪声空气动力噪声和和表面振动结构噪声表面振动结构噪声。第二十页，本课件共有55页引起空气动力噪声的噪声源：引起空气动力噪声的噪声源：进、排气噪声和进、排气噪声和风扇噪声风扇噪声。燃烧噪声的发声机理：主要是燃烧噪声的发声机理：主要是气缸内周期性变化气缸内周期性变化的压力作用的压力作用引起的，与发动机的引起的，与发动机的燃烧方式燃烧方式和和燃烧燃烧速度速度有关。有关。机械噪声。机械噪声。第二十一页，本课件共有55页6.1.2 机械噪声与控制1.活塞敲击噪声：活塞敲击噪声

7、：间隙间隙间隙间隙压缩、膨胀过程侧向力变化压缩、膨胀过程侧向力变化活塞与气缸壁间隙作用力方向周期变化活塞与气缸壁间隙作用力方向周期变化第二十二页，本课件共有55页活塞敲击噪声的控制方法：活塞敲击噪声的控制方法：1）减小间隙，）减小间隙，间隙间隙噪声噪声；2）活塞主销中心向主推力方向偏置一定距离，使活塞）活塞主销中心向主推力方向偏置一定距离，使活塞在上止点附近由一边移向另一边接触的时刻与气缸压在上止点附近由一边移向另一边接触的时刻与气缸压力剧增的时刻错开；（力剧增的时刻错开；（不易实现不易实现）3）增加活塞表面的振动阻尼；）增加活塞表面的振动阻尼；4）活塞裙部采用理想的形线，增加碰撞面积；）活塞

8、裙部采用理想的形线，增加碰撞面积；第二十三页，本课件共有55页配气机构噪声及控制方法：配气机构噪声及控制方法：1）影响因素：）影响因素：凸轮形线凸轮形线凸轮形线凸轮形线，气门杆间隙气门杆间隙；2）措施：）措施：提高凸轮加工精度和减少表面粗糙度；优化凸轮提高凸轮加工精度和减少表面粗糙度；优化凸轮曲线；减小气门间隙；曲线；减小气门间隙；2.配气机构噪声配气机构噪声气门开启噪声：施加于气门机构上的撞击力气门开启噪声：施加于气门机构上的撞击力气门关闭噪声：气门落座时的冲击气门关闭噪声：气门落座时的冲击第二十四页，本课件共有55页 机械噪声机械噪声发动机工作时各运动件之间、运动件与固定件之间作用发动机工

9、作时各运动件之间、运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的的周期性变化的力所引起的.第二十五页，本课件共有55页6.1.3 燃烧噪声与控制燃烧噪声与控制柴油机燃烧过程分为：柴油机燃烧过程分为：滞燃期滞燃期滞燃期滞燃期、速燃期速燃期、缓燃期缓燃期缓燃期缓燃期和和补燃期补燃期补燃期补燃期四个四个阶段；噪声主要产生在阶段；噪声主要产生在速燃期速燃期速燃期速燃期；控制措施控制措施 1）合理设置延迟喷油定时。喷油时间早，燃烧噪声大，但过迟喷）合理设置延迟喷油定时。喷油时间早，燃烧噪声大，但过迟喷油影响动力性；油影响动力性；2）合理设计燃烧室形状，影响着火延迟期，从而影响燃烧噪声；）合理设计燃烧室形

10、状，影响着火延迟期，从而影响燃烧噪声；3）提高压缩比，缩短着火延迟期；）提高压缩比，缩短着火延迟期；4）进气增压，缩短着火延迟期；）进气增压，缩短着火延迟期；5）提高喷油率，减少喷油泵供油率；）提高喷油率，减少喷油泵供油率；第二十六页，本课件共有55页6.2 传动系噪声传动系噪声主要噪声源：主要噪声源：内部齿轮和轴承。内部齿轮和轴承。齿轮的啮合频率齿轮的啮合频率：齿轮在啮合和脱离过程中产生：齿轮在啮合和脱离过程中产生的周期性冲击噪声的的周期性冲击噪声的基频基频。转速转速齿数齿数第二十七页，本课件共有55页6.3 发动机空气动力噪声发动机空气动力噪声进气与排气噪声：分为进气与排气噪声：分为管内脉

11、动噪声管内脉动噪声(低频噪声，低频噪声，进气门周期性开闭，引起管道内压力脉动进气门周期性开闭，引起管道内压力脉动)和和涡流噪声涡流噪声（高速气流流过进气门和变截面，形成（高速气流流过进气门和变截面，形成强烈涡流噪声强烈涡流噪声 1000-2000Hz）。消除排气噪声最有效的手段是消除排气噪声最有效的手段是排气消声器排气消声器。风扇噪声主要是由风扇噪声主要是由叶片的旋转噪声叶片的旋转噪声和和涡流噪声涡流噪声组成。组成。第二十八页，本课件共有55页进、排气噪声进、排气噪声空气动力性噪声空气动力性噪声,仅次于发动机仅次于发动机本体噪声和风扇噪声本体噪声和风扇噪声风扇噪声风扇噪声(高速高速)是汽车最大

12、噪声源之一。主要由风扇旋转噪声是汽车最大噪声源之一。主要由风扇旋转噪声和涡流声组成。此外还有风扇、导向装置或散热器的振动以及外和涡流声组成。此外还有风扇、导向装置或散热器的振动以及外部振动激发的机械振动。部振动激发的机械振动。第二十九页，本课件共有55页发动机噪声估算 里卡多通过大量试验提出的经验公式式中：式中：N发动机转速，发动机转速，r/s D气缸直径，气缸直径，mm第三十页，本课件共有55页传动系统噪声传动系统噪声离合器和变速器噪声；离合器和变速器噪声；万向传动装置噪声；万向传动装置噪声；驱动桥噪声；驱动桥噪声；变速器是主要噪声源变速器是主要噪声源第三十一页，本课件共有55页第 7 章

13、底盘系统噪声7.1 轮胎噪声7.2 制动噪声第三十二页，本课件共有55页7.1 轮胎噪声轮胎噪声分为分为直接噪声（车外）直接噪声（车外）和和间接噪声（车内）。间接噪声（车内）。直接噪声包括：直接噪声包括：轮胎花纹轮胎花纹噪声、噪声、道路凹凸道路凹凸噪声噪声 、轮胎弹性轮胎弹性噪声、噪声、轮胎自激振动轮胎自激振动噪声和噪声和轮胎空轮胎空气紊流气紊流噪声。噪声。第三十三页，本课件共有55页产生机理轮胎花纹噪声轮胎花纹的形状轮胎花纹的形状是影响噪声的主要因素。花纹是影响噪声的主要因素。花纹主要有主要有横沟横沟花纹、花纹、纵沟纵沟花纹、花纹、纵横沟并用纵横沟并用花纹和花纹和块形块形花纹。花纹。轮胎花纹

14、噪声远场声压计算经验公式见轮胎花纹噪声远场声压计算经验公式见7.1-1；车速车速50km/h,轮胎噪声突出，试验表明，主要轮胎噪声突出，试验表明，主要为高频噪声（为高频噪声（8005000Hz）第三十四页，本课件共有55页实验测试方法实车滑行试验法实车滑行试验法、单胎台架试验法单胎台架试验法和和拖车单胎路拖车单胎路试试验法（最有效）试试验法（最有效）是主要测试方法。是主要测试方法。实车滑行试验法实车滑行试验法传声器第三十五页，本课件共有55页实验测试方法单胎台架试验法（转鼓实验法）单胎台架试验法（转鼓实验法）第三十六页，本课件共有55页测量结果11吨三轴载重车实车滑行测试结果吨三轴载重车实车滑

15、行测试结果五种花纹五种花纹五种花纹五种花纹第三十七页，本课件共有55页第三十八页，本课件共有55页影响因素与控制措施轮胎几何因素和材料因素的影响轮胎几何因素和材料因素的影响 包括：包括：轮胎结构轮胎结构、胎面花纹胎面花纹、轮胎帘线材料轮胎帘线材料、胎面胎面橡胶橡胶。第三十九页，本课件共有55页使用条件的影响使用条件的影响 包括：包括：速度速度、载荷载荷、气压气压、磨损磨损。路面种类的影响路面种类的影响车辆的影响车辆的影响第四十页，本课件共有55页7.2 制动噪声制动噪声主要有主要有制动器尖叫、轮胎与地面的摩擦声制动器尖叫、轮胎与地面的摩擦声和和车身钣车身钣金件的颤振声。金件的颤振声。制动尖叫：

16、汽车紧急制动时，制动器的摩擦作用制动尖叫：汽车紧急制动时，制动器的摩擦作用产生的令人难以忍受的高频尖叫噪声。产生的令人难以忍受的高频尖叫噪声。其影响因素：制动器结构和材料、制动压力、其影响因素：制动器结构和材料、制动压力、温度、初速度、减速度。温度、初速度、减速度。第四十一页，本课件共有55页控制措施：控制措施：1）设计制动器时，增加制动鼓刚性并减少制动）设计制动器时，增加制动鼓刚性并减少制动蹄的刚性。蹄的刚性。第四十二页，本课件共有55页 2 2）增加制动鼓与制动蹄对振动的衰减，即）增加制动鼓与制动蹄对振动的衰减，即增加阻尼。增加阻尼。3 3）合理匹配制动鼓与制动蹄的刚性，使鼓的）合理匹配制

17、动鼓与制动蹄的刚性，使鼓的固有频率比蹄高一点，两者不至于太接近。固有频率比蹄高一点，两者不至于太接近。4 4）改善摩擦衬片特性和衰减振动的能力。）改善摩擦衬片特性和衰减振动的能力。5 5）盘式制动器优化结构设计）盘式制动器优化结构设计 第四十三页，本课件共有55页第第 8 8 章章 车身及整车噪声车身及整车噪声1.车身身结构噪声及其控制；构噪声及其控制；2.车内噪声；内噪声；汽汽车整整车噪声及其控制噪声及其控制第四十四页，本课件共有55页8.1 车身结构噪声及其控制一、车身结构噪声一、车身结构噪声 主要来源：主要来源：车身结构振动辐射噪声、汽车运行中空车身结构振动辐射噪声、汽车运行中空气与车身

18、之间的冲击和摩擦。气与车身之间的冲击和摩擦。1 1）车身结构噪声车身结构噪声：频率频率5 5300Hz300Hz，其中骨架结构振动噪声频率，其中骨架结构振动噪声频率5 530Hz30Hz，壁板，壁板3030300Hz300Hz；2 2）空气动力学噪声空气动力学噪声：2000Hz 2000Hz左右左右第四十五页，本课件共有55页二、车身结构噪声的控制二、车身结构噪声的控制 1 1）改进车身结构改进车身结构 尽量避免发动机、底盘的共振频率与激振频尽量避免发动机、底盘的共振频率与激振频率一致；外板、车顶、地板共振频率快错开；率一致；外板、车顶、地板共振频率快错开；由于车身为薄板件，具体措施：由于车身

19、为薄板件，具体措施：增加刚度增加刚度 增加阻尼增加阻尼涂吸声材料。涂吸声材料。2 2）空气动力学噪声减少外部振动输入空气动力学噪声减少外部振动输入：3 3）改进车身外形改进车身外形：第四十六页，本课件共有55页8.2 车内噪声一、车内噪声的产生机理、特性及传播途径一、车内噪声的产生机理、特性及传播途径 主要集中在：主要集中在：20-200Hz之间。之间。1 1）车内噪声产生机理车内噪声产生机理：噪声源同车外一样：噪声源同车外一样 第四十七页，本课件共有55页2 2）车内噪声主要来源及传播途径：）车内噪声主要来源及传播途径：第四十八页，本课件共有55页3 3）车内噪声车内噪声空腔共鸣空腔共鸣现象

20、现象：汽车车身形成一定形：汽车车身形成一定形状的封闭空腔，会发生与封闭管道类似的共振现状的封闭空腔，会发生与封闭管道类似的共振现象，称为空腔共鸣。象，称为空腔共鸣。4 4）车室内的车室内的风振风振现象现象：当汽车高速行驶时打开一车：当汽车高速行驶时打开一车窗，车室相当于一个亥姆霍兹共振腔，该共振腔窗，车室相当于一个亥姆霍兹共振腔，该共振腔频率与汽车行驶产生的涡流与窗框相冲击所产生频率与汽车行驶产生的涡流与窗框相冲击所产生的压力波动频率相等时发生的空气共振现象：的压力波动频率相等时发生的空气共振现象：A-A-窗开启面积；窗开启面积；t-t-窗框厚度；窗框厚度；V-V-车室容积车室容积 第四十九页

21、，本课件共有55页2.4.3 噪声控制技术噪声控制技术-吸声降噪吸声降噪传播速度传播速度入口管面积入口管面积容器体积容器体积入口长度入口长度第五十页，本课件共有55页5 5）车内噪声车内噪声轰鸣轰鸣现象现象：汽车以一定速度行驶或发：汽车以一定速度行驶或发动机达到一定转速，在乘坐室产生的很大峰值噪动机达到一定转速，在乘坐室产生的很大峰值噪声，引起汽车驻波的发生。声，引起汽车驻波的发生。6 6）轮胎间接噪声轮胎间接噪声：撞击噪声，敲打噪声，崎岖噪声，：撞击噪声，敲打噪声，崎岖噪声，道路噪声。道路噪声。第五十一页，本课件共有55页二、车内封闭空腔的有限元分析：二、车内封闭空腔的有限元分析：有限元法（

22、有限元法（Finite Element Method,FEM）也称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体式相互连接在一起的单元的组合体。由于单元可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件。它是将弹性理论、计算数学和计算机软件弹性理论、计算数学和计算机软件有机地结合在一起的一种数值计算方法。第五十二页，本课件共有55页汽车排气管声强有限元分析结果汽车排气管声强有限元分析结果第五十三页，本课件共有55页汽车排气管声压分布有限元分析结果第五十四页，本课件共有55页汽车室内声场有限元分析结果第五十五页，本课件共有55页