传动系统振动
汽车动力传动系振动分析
[ 摘要]综述了车辆动力传动系振动的研究进展从振动的角度看,车辆动力传动系可分为
弯曲振动系统和扭转振动系统目前主要采用试验模态分析和有限元等研究方法对动力传动系弯曲振动特性进行研究,建立了较为理想的弯曲振动分析模型在动力传动系扭转振动的
研究方面,许多学者对此进行了有益探索研究,并取得了一定的进展但限于分析条件,车辆
动力传动系弯曲、扭转振动耦合的研究尚不十分完善,尤其在国内,这一研究尚处于起步阶段因此,在动力传动系弯曲、扭转振动的研究已相对成熟的基础上,动力传动系的弯曲、扭
转振动耦合对其振动特性影响的研究将是今后一段时间的主要研究内容车辆是一个复杂的振动系统,它是由多个具有固有振动特性的子系统组成,作为子系统之一
的动力传动系,即包括动力总成、传动轴、驱动桥总成组成的系统是车辆振动和噪声的重要激励源从振动的角度看,车辆动力传动系可分为两个振动系统:弯曲振动系统和扭转振动系
统车辆动力传动系的弯曲振动系统和扭转振动系统不仅有各自的固有振动特性,而且还存
在一定程度的振动耦合这些不同形式的振动及其耦合,是影响车辆行驶平顺性,乘坐舒适性及动力传动系零部件使用寿命的主要原因之一,因此对车辆动力传动系的整体振动进行深入细致的研究,显得十分必要
1 动力传动系弯曲振动研究车辆动力传动系弯曲振动在很大的频率段内对车辆振动和噪声有着重要影响,动力传动系低频段内的刚体振动直接影响车辆的乘坐舒适性, 而较高频段内的弹性振动将会引起车辆
的结构共振和声学共振近年来,随着对提高乘坐舒适性、减小汽车振动要求的提高,对动力传动系弯曲振动特性的进一步研究,已显得十分迫切,国内外对动力传动系弯曲振动的研究
起步较早,在理论研究方面取得一定进展,试验研究也较为成熟建立由离散的集中质量、弹
簧、阻尼器组成的力学模型是对动力传动系弯曲振动特性进行研究分析的一种行之有效的方法後藤进[1 ]建立了具有1 1个自由度的动力传动系的弯曲振动力学模型,并通过试验验证
试验结果和计算结果取得较好一致文献[2 ]也建立了动力传动系弯曲振动多自由度力学模型,指出系统的弯曲振动是由发动机运动部件往复惯性力、传动轴的不平衡等引起的, 并通
过实验测定有关参数值,计算系统的固有频率、振型隋军[3、4]建立包括动力总成及传动轴的 5 个自由度的弯曲振动力学模型,计算系统的固有振动特性和响应, 指出动力总成的弯
曲振动是汽车飞轮壳损坏的主要原因这种建模方法及其实用性已为大量的计算和试验分析结果所证实,并且已总结出了确定模型集中质量、弹性和阻尼的一般原则,能有效地用于分析解决车辆动力传动系弯曲振动问题日臻完善的试验模态分析技术,在动力传动系弯曲振动特性的研究中得到广泛应用试验模态分析在动力传动系弯曲振动特性研究中的应用, 经历了从单个总成发展到多个总成直至整个动力传动系的过程隋军[4] 、张建文[5]对动力传动
系动力总成进行了试验模态分析,认为动力总成的弯曲振动是造成汽车离合器壳开裂的主
要原因余龄[6] 利用试验模态分析技术测定了包括动力总成及传动轴的组合系统的一阶弯曲振动频率,张金换[7]则通过模态试验分析研究动力传动系传动轴的临界转速孙方宁[8, 9] 、俄延华[1 0 ] 在整车条件下,对动力传动系弯曲振动进行模态试验,得到整个动力传动系弯曲
振动的模态参数高云凯[1 1 ] 在台架及整车条件下,对汽车动力总成弯曲振动试验模态分析中的非线性特性进行研究,结果表明这一非线性特性仅存在于整车条件下的试验模态分析
试验模态分析具有快速、简便地识别结构固有特性的特点,但其精度主要取决于试验者的经
验和所使用的测试仪器、分析程序模态综合法是对动力传动系弯曲振动进行分析的有效方法,其基本思想是将动力传动系分为若干个子系统,在完成对各子系统的模态分析后, 建立
自由模态的综合方程,再利用平衡条件和约束条件将自由度简化,最后获得一个自由度大为
缩减又保持了系统特性的运动方程,即组合系统方程孙方宁[8, 9]将一大型客车动力传动系
划分为五个子系统,通过试验模态分析获得各子系统的模态参数,然后利用模态综合方法建
立整个系统的理论分析模型,编制计算程序,对该大型客车动力传动系弯曲振动的固有振动特性进行计算,并在激振试验台上进行整个动力传动系弯曲振动的试验模态分析,结果表明
理论计算和试验结果具有很好的一致性应用模态综合方法,只需获得动力传动系各子系统
的模态参数,就可以通过计算分析给出整个动力传动系的模态参数,而不必对整个动力传动
系进行模态试验,但各子系统的模态参数还需通过计算或模态试验获得在车辆动力传动系弯曲振动的研究中,有限元方法也逐步引起人们的重视,应用有限元方法不仅可以获得较精
确的力学模型和充分的分析信息,便于进一步进行结构优化设计分析,而且能在结构设计和
改进设计阶段预估其振动特性,提出改进设计方案隋军[3、4]应用有限元方法建立了飞轮壳
及离合器壳的有限元模型,计算了飞轮壳及离合器壳的等效螺旋弹簧刚度高云凯[1 2 , 1 3 ]
建立了一种轻型客车动力传动系弯曲振动有限元模型,计算分析了其弯曲振动固有频率和
固有振型,并进行动力总成弯曲振动固有频率对离合器壳厚度等结构参数的灵敏度分析,为
结构修改提供了依据但由于车辆动力传动系的结构复杂,许多边界条件难以确定,目前有限
元分析方法,还仅局限于动力传动系的各总成弯曲振动分析,建立整个动力传动系弯曲振动
的有限元分析模型还较困难
2 动力传动系扭转振动研究车辆动力传动系又是一个多自由度的扭转振动系统当来自发动机、路面以及由于车轮不平衡产生的周期性扭转激励的频率与动力传动系扭振系统的固有频率一致时,便会发生扭转共振,此时在动力传动系中的某些区段往往产生很大的共振载荷, 甚至在齿轮副、花键副间出
现敲击, 从而影响车辆动力传动系零部件的工作可靠性和产生令人不适的噪声,同时还可能
引起车身垂向和纵向振动,影响乘坐的舒适性因此,建立动力传动系扭转振动分析模型, 揭示其扭振特性,寻求降低扭振影响措施,是车辆工程的重要研究课题之一动力传动系的扭振特性研究,目前仍以传统的理论计算分析为主,即根据简化前后系统的动能和势能保持不变
的原则,将系统简化为由无弹性的惯性盘和无质量的弹性轴组成的当量系统,建立相应的力学模型和数学模型,测定系统各零部件的结构参数,计算扭转振动固有特性近年来,伴随测
试技术和数据处理技术的迅速发展, 动力传动系扭转振动的研究也取得明显进展[1 4-1 7] 所建模型由最初的 3 个自由度简单模型发展到现在的多个自由度的更接近实际系统的扭转振动分析模型,考虑的激励也由过去的单个确定性激励发展到现在的多个确定性激励和随机性激励进行车辆动力传动系扭振固有特性和强迫扭振计算,还必须确定系统振动分析模型中的各参数,而阻尼参数的确定一直是难以解决的问题,原因是目前对阻尼的机理尚未研
究透彻,阻尼受许多因素的影响,而到目前为止没有一种公认可靠的方法,因此在确定阻尼
时往往先作出某种假设来简化或综合阻尼在车辆动力传动系扭转振动阻尼的研究中,对发
动机的粘性阻尼研究较多,并提出了以发动机结构参数来确定发动机各缸线性外阻尼的经
验公式,然而动力传动系其他部件总成阻尼系数的确定更为困难,绝大多数的阻尼研究仅仅
停留在理论探讨以及对模态坐标下阻尼比的识别, 而物理坐标下的阻尼系数往往是根据经
验数据来选取,这给动力传动系扭振固有特性和强迫扭振计算带来一定的局限性和不确定性目前车辆动力传动系扭转振动特性的理论计算分析方法已较为成熟,所建模型具有较高
的精度,所采用的计算程序快捷高效,基本能够分析、解决车辆动力传动系的扭转振动问题
如果能在模型的阻尼系数等参数的确定方面有新的突破,该理论计算分析法将得到更为广
泛的应用近年来,国内一些学者也在尝试将试验模态分析和模态综合技术应用于车辆动力传动系扭转振动的研究张准[1 8] 、彭玉莺[1 9]探讨将试验模态分析用于轴的扭振特性研究,并对内燃机曲轴飞轮系统扭振进行复模态分析,建立了系统的模态模型,研究结果表明将试
验模态分析用于轴的扭振特性研究是可行的,但由于试验模态分析所需的扭转振动激励的
产生和响应信号的采集较困难,所以试验模态分析技术在轴的扭振特性研究中并未得到广
泛应用车辆动力传动系各总成的联结形式十分复杂,其边界条件难以确定,故试验模态分析
和模态综合技术在动力传动系扭转振动研究的运用,还没取得实质性的进展动力传动系扭
振特性的试验研究,目前主要采用路试法和转鼓试验台法动力传动系扭振特性研究的路试法[1 4],是利用负荷拖车或使车辆在坡道上挂上某档缓慢加速到该档的最高车速,通过处理
所记录的动力传动系特定轴段的扭矩信号,利用共振原理,来识别动力传动系在该档的扭转
固有频率路试法虽可在真实使用条件下测定动力传动系的扭振特性,但如无负荷拖车,则因
发动机负荷较小,激振力矩较弱,动力传动系的扭振响应微弱,不易分析出明显的共振工况
动力传动系扭振特性研究的转鼓试验台法[2 0 ], 是在转鼓试验台上做动力传动系扭振特性试验,由于加减负荷等试验条件容易控制,因此可方便地测定不同档位、各种转速下对应不同
强度的稳态响应,较为精确地识别出系统的固有频率转鼓试验台法的缺点是:当转鼓试验台
的固有频率在动力传动系一阶固有频率附近时,会扩大低频区的激振频率范围,不利于研究
车轮不平衡对动力传动系扭振的影响
3 动力传动系弯曲、扭转振动耦合研究
所谓车辆动力传动系弯曲、扭转振动耦合,是指其弯曲振动系的弯曲振动和扭转振动系的扭转振动之间的相互影响车辆动力传动系的弯曲振动和扭转振动不仅有各自的固有振动特性,而且存在振动耦合现象,随着动力传动系振动特性研究的进一步深入, 动力传动系的
弯曲、扭转振动耦合对其振动特性的影响,已开始为人所关注,成为又一个研究发展方向车辆动力传动系弯曲、扭转振动耦合机理是很复杂的後藤进[1 ] 认为动力传动系弯曲振动系和扭转振动系在驱动桥主减速器处形成耦合,当主减速器主动齿轮将驱动扭矩传到从动齿轮
上时,由于扭矩的反作用,主动齿轮在旋转的同时兼作上下方向的运动,使驱动桥围绕半轴
作回旋振动,反之,当驱动桥由于外部激励产生回旋振动时,也同样会对动力传动系扭转振
动施加扭转激励鲁统利[2 1 ] 、楼黎明[2 2 ]认为由于路面激励等因素引起驱动桥垂向振动使得驱动轮和路面间垂向作用力变化,地面对驱动轮的切向作用力也相应变化,从而通过驱动轮对扭转振动施加扭转激励力矩,因此,驱动桥等的垂向振动与动力传动系的扭转振动形
成耦合对于车辆动力传动系这样一个复杂的振动系统,同时它又受发动机、路面激励等多种激励的影响,动力传动系弯曲、扭转振动存在各种不同形式的耦合,目前对于动力传动系弯曲、扭转振动耦合机理还有待进一步深入研究建立全面考虑弯曲、扭转振动及其相互间振动
耦合的动力传动系振动综合分析模型,是掌握分析整个动力传动系振动特性的前提,目前有
关动力传动系综合分析模型是采用理论建模方法建立的後藤进[1 ]等认为动力传动系弯曲、扭转振动在驱动桥主减速器处形成耦合,并在此基础上建立了包括具有 1 1 个自由度的弯
曲振动系统和具有 4 个自由度的扭转振动系统的动力传动系振动综合模型计算该模型的固有频率、振型,并通过试验加以验证南孝则[2 3 ] 、铃木康郎等人[2 4]也基于动力传动系弯曲、扭转振动在驱动桥主减速器处形成耦合的假设,建立了考虑弯曲、扭转振动及其相互间耦合
的动力传动系振动的多自由度模型目前有关的动力传动系模型,都是基于弯曲、扭转振动在驱动桥主减速器处形成耦合的假设,且所考虑的外界激励不全面,建模方法单一,未能取得令人满意的精度
4 动力传动系振动研究的发展方向
综观车辆动力传动系振动的国内外研究概况可知:对动力传动系弯曲振动和扭转振动
特性的研究已相对成熟,传统的理论计算、试验模态分析、模态综合方法和有限元法得到了综合应用,所建模型具有一定的精度,结合试验研究,能解决一些与动力传动系弯曲、扭转
振动相关的实际问题动力传动系弯曲、扭转振动耦合的问题是很复杂的,目前在这方面的研
究还不够深入,对弯曲、扭转振动耦合机理的了解也很不全面,所建立的考虑弯曲、扭转振
动及其相互间振动耦合的动力传动系振动综合分析模型的精度不高,因此, 对于动力传动系
的弯曲、扭转振动耦合问题,在耦合机理和系统建模等方面尚待深入研究
综上所述,车辆动力传动系振动的研究,在今后一段时间内将主要集中在以下几个方面:(1 )
动力传动系弯曲、扭转振动的研究已相对成熟,动力传动系振动特性的进一步研究,应注重
动力传动系的弯曲、扭转振动耦合对其振动特性的影响(2 )在动力传动系振动的建模方面,应考虑将理论建模技术和试验建模技术相结合,提出更有效的新的建模方法(3 )深入探索
动力传动系弯曲、扭转振动的耦合机理,建立高精度、高效率的考虑弯曲、扭转振动及其相互间振动耦合的模型,结合试验研究,完整地揭示动力传动系的固有模态特性、激励特性和
响应特性(4)动力传动系作为车辆振动系统的一个子系统,在研究其振动特性时,也要考虑
其它振动子系统(如车辆承载系统)对其振动特性的影响
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四自由度汽车振动影响分析
四自由度汽车振动影响分析 一、汽车振动问题分析 汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。汽车平顺性是影响汽车乘坐舒适性的重要原因，而平顺性的主要就是依靠汽车减振来保证，汽车振动日益成为汽车研发和性能提高的关键所在。 在了解了汽车振动的危害之后，就需要人们研究振动问题，掌握振动机理，消除振动带来的不利影响，利用振动规律指导汽车的研发。汽车振动所要研究的问题主要有路面等级对汽车振动影响、车速对汽车振动影响、悬架参数对汽车振动影响。 二、汽车四自由度系统建模 图2.1四自由度汽车模型 考虑汽车纵向角振动时悬架对车身激振影响就必须至少将汽车振动系统简化为如图所示的一个四自由度平面振动模型。在这个振动模型中，要求车辆相对于纵垂面完全对称，并且左右车轮下的路面不平度完全一样，则认为车辆是在纵垂面上振动。把车身简化为质量为m，绕质心的转动惯量为觉得平面刚体；把前后车轴（包括轮胎）的质量简化为二个质量点m1，m2；前后悬架刚度为左右两侧刚度之和用k1，k2表示，而前后悬架减震器的阻尼系数为左右两侧之和用c1，c2表示：kt1和kt2为轮胎刚度，ct1，ct2为轮胎阻尼，它们也为两侧之和。
为了研究悬架与车身连接点处悬架振动对车身的激励，必须首先列出整个振系的振动微分方程组。为此根据分析动力学中的粘滞阻尼力的拉格朗日方程： . ..Z Z Z Z R U T T dt d ??- =??+??-? ??? ? ????)1.2( 式中：T ——振动系统的总动能； U ——振动系统的总位能； R ——振动系统的总耗散函数； 对四自由度平面振动模型其总动能为： 2.2 22.112.2.2 1 212121z m z m J z m T +++=θ)2.2( 总位能为： 22222111222211)(21 )(21)(21)(21q z k q z k z b z k z a z k U t t -+-+-++--= θθ )3.2( 总耗散能为： 2 .2.222 .1.112...22...1)(21)(21)(21)(21q z c q z c z b z c z a z c R t t -+-+--+--=θθ )4.2( 将三式代入拉格朗日方程求出系统振动的微分方程组整理成矩形式为： . . .. Q C Q K KZ Z C Z M t t +=++)5.2( 其中： ?? ??? ?? ?? ???=2100 0000000000m m J m M ?? ??? ?? ?????+--+--++---+-+=2222 1 111212 2 2121 21212 10 0t t k k b k k k k a k k b k a k b k a k b k a k k k b k a k k k K
工程车辆传动系统扭转振动特性研究与分析
1工程车辆扭转振动动力学模型的建立 工程车辆传动系统一端通过离合器与发动机相连，输出端通过轮胎与工程车辆平动质量相连，组成了一个多质量的弹性扭转振动系统。在计算整个系统的固有频率和振型时，通常可忽略系统的阻尼，将整个传动系统看成是由多个刚性圆盘通过弹性轴连接的无阻尼振动系统。现在某型装备四缸柴油机的中型装载机传动系统为例，其扭转振动力学模型如图1-1所示。 1.1 当量转动惯量的计算 当量转动惯量J 是指将传动系统中与发动机曲轴不同转速旋转的零部件的转动惯量换算成与曲轴同转速旋转下的转动惯量，这种换算方法的原理是能量守恒。设传动轴的转动惯量为J,实际转速为ω曲轴转速为0ω，则将传动轴换算成曲轴转速0ω的当量转动惯量为 2 2 2 0212121??? ? ??=???? ??==g d d i J J J J J ω ωωω 式中，g i 为变速器的传动比。 1.2当量扭转刚度的计算 设两圆盘之间弹性轴的当量扭转刚度为d K ，则可以根据弹性变形量守恒的原理将系统中的时间扭转刚度K 换算过来。现以后桥半轴为例，相应的当量扭转刚度为 2 01??? ? ??=i i K K g d
式中，0i 为主减速器的传动比。 2传动系统扭转动力学方程 根据图1-1所示的简化的传动系统模型，可建立系统动力学方程组为 -0-)-)()(-----111010111111101010991010343332233232221122121111=+=+-=-+-=+=+）（）（（）（）（） （。。。。。。。。 。。 θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθK J K K J T K K J T K K J T K J (1) 方程组（1）中，111-θθ分别为对应质量的扭转角位移；41-T T 分别为发动机1-4缸的有效输出转矩。 为了简单起见，可以将（1）改为矩阵形式的动力学方程一般式，即 T K C J =++θθθ。 。。 式中，当量转动惯量矩阵??????? ? ????? ?? ?=111021 00J J J J J 阻尼矩阵C=[0]；刚度矩阵； 圆盘的角位移矩阵[]T 114321 0θθθθθθ =。 一般以发动机振动激励为系统输入矩阵，则 []T T T T T T 004 321 = 2.1扭转系统固有特性的分析 这里的固有特性是指固有频率和主振型，多自由度系统的固有频率和主振型可以根据系统的无阻尼自由振动方程得到，即 0=+θθK J 。。 （2） 假设方程的解为 t n i e ωθA = （3） 式中，A 为系统自由振动时的振幅列向量，[]T m m m m A A A A A 1132 1 =。
轴系扭振
汽轮发电机组的轴系扭振 电力系统的某些故障和运行方式，往往导致大型汽轮发电机组的轴系扭转振动，以致造成轴系某些部件或联轴器的疲劳损坏。轴系扭振是指组成轴系的多个转子，如汽轮机的高、中、低压转子，发电机、励磁机转子等之间产生的相对扭转振动。随着汽轮发电机组单机容量增大，轴系的功率密度亦相对增大，以及轴系长度的加长和截面积相对下降，整个轴系成为一个两端自由的弹性系统，并存在着各种不同振型的固有的轴系扭转振动频率。同时随着大电网远距离输电使系统结构和输电技术愈趋复杂。由于这两方面的原因，电力系统因故障或运行方式的改变所引起的电气系统与轴系机械系统扭振频率的耦合作用，将会导致大型汽轮发电机组的轴系扭转振动，严重威胁机组的安全运行。 产生轴系扭振的原因，归纳起来为两个方面：一是电气或机械扰动使机组输入与输出功率（转矩）失去平衡，或者出现电气谐振与轴系机械固有扭振频率相互重合而导致机电共振；二是大机组轴系自身所具有的扭振系统的特性不能满足电网运行的要求。因此，无论产生的原因如何，从性质上又可将轴系扭振分为：短时间冲击性扭振和长时间机电耦合共振性扭振等两种情况。 从原则上讲，电力系统出现的各种较严重的电气扰动和切合操作都会引起大型汽轮发电机组轴系扭振，从而产生交变应力并导致轴系疲劳或损坏，只是其影响程度随运行条件、电气扰动和切合操作方式、频率（次数）等不同而异。其中影响较大的可归纳为以下四个方面： 1．电力系统故障与切合操作对轴系扭振的影响：通常的线路开关切合操作，特别是功率的突变和频繁的变化；手动、自动和非同期并网；输出线路上各种 类型的短路和重合闸等都会激发轴系的扭振并造成疲劳损伤。 2．发电厂近距离短路和切除对轴系扭振的影响：发电厂近距离（包括发电机端）二相或三相短路并切除以及不同相位的并网，都会导致很高的轴系扭转机械 应力。例如在发电机发生三相短路时，短路处电压下降接近于零，于是在短 路持续时间内，一方面与短路前有功负荷对应的同步电磁转矩接近于零，同 时发电机因短路并以振荡形式出现的暂态电磁转距将激发起整个轴系的扭 转振动。 3．电力系统次同步振荡对轴系扭振的影响：在电力系统高压远距离输电线路上，当采用串联补偿电容用以提高输电能力时，该电容器同被补偿的输电线 路的电感，将构成L-C回路（略去回路电阻）并产生谐振。当电网频率与上 述的谐振频率的差值与轴系某一机械固有扭振频率相同或接近时，则上述的 电气谐振与机械扭振合拍并相互激励，从而给机组轴系的安全运行构成严重 的威胁。由于电气谐振频率低于电网频率，通常称为次同步振荡。 4．电力系统负序电流对轴系扭振的影响：发电机定子绕组中的负序电流可由三相负荷不平衡、各种不对称短路、断线故障引起。负序电流相当于一个外力 源，因此由负序电流产生的轴系扭振有别于上述的自激扭振，并称之为强迫 扭振。负序电流在电机中产生的旋转磁场与转子的励磁磁场相互作用，并产 生交变转矩作用在轴系上，如果这一交变转矩的频率同机组轴系某一个固有 的扭振频率重合，就会激发起轴系的扭振。 预防和抑制轴系扭振的措施可以从设计制造、运行方式，机—电配合、在线监测等几个方面针对不同的情况采取相应的措施。 设计制造，是指包括汽轮发电机轴系扭振频率、绕组的设计、选材、工艺和机械加工以及输电系统的线路的结构方式、继电保护、控制手段以及串联电容补偿方式的设计与选择
传动系统振动
汽车动力传动系振动分析 [ 摘要]综述了车辆动力传动系振动的研究进展从振动的角度看,车辆动力传动系可分为 弯曲振动系统和扭转振动系统目前主要采用试验模态分析和有限元等研究方法对动力传动系弯曲振动特性进行研究,建立了较为理想的弯曲振动分析模型在动力传动系扭转振动的 研究方面,许多学者对此进行了有益探索研究,并取得了一定的进展但限于分析条件,车辆 动力传动系弯曲、扭转振动耦合的研究尚不十分完善,尤其在国内,这一研究尚处于起步阶段因此,在动力传动系弯曲、扭转振动的研究已相对成熟的基础上,动力传动系的弯曲、扭 转振动耦合对其振动特性影响的研究将是今后一段时间的主要研究内容车辆是一个复杂的振动系统,它是由多个具有固有振动特性的子系统组成,作为子系统之一 的动力传动系,即包括动力总成、传动轴、驱动桥总成组成的系统是车辆振动和噪声的重要激励源从振动的角度看,车辆动力传动系可分为两个振动系统:弯曲振动系统和扭转振动系 统车辆动力传动系的弯曲振动系统和扭转振动系统不仅有各自的固有振动特性,而且还存 在一定程度的振动耦合这些不同形式的振动及其耦合,是影响车辆行驶平顺性,乘坐舒适性及动力传动系零部件使用寿命的主要原因之一,因此对车辆动力传动系的整体振动进行深入细致的研究,显得十分必要 1 动力传动系弯曲振动研究车辆动力传动系弯曲振动在很大的频率段内对车辆振动和噪声有着重要影响,动力传动系低频段内的刚体振动直接影响车辆的乘坐舒适性, 而较高频段内的弹性振动将会引起车辆 的结构共振和声学共振近年来,随着对提高乘坐舒适性、减小汽车振动要求的提高,对动力传动系弯曲振动特性的进一步研究,已显得十分迫切,国内外对动力传动系弯曲振动的研究 起步较早,在理论研究方面取得一定进展,试验研究也较为成熟建立由离散的集中质量、弹 簧、阻尼器组成的力学模型是对动力传动系弯曲振动特性进行研究分析的一种行之有效的方法後藤进[1 ]建立了具有1 1个自由度的动力传动系的弯曲振动力学模型,并通过试验验证 试验结果和计算结果取得较好一致文献[2 ]也建立了动力传动系弯曲振动多自由度力学模型,指出系统的弯曲振动是由发动机运动部件往复惯性力、传动轴的不平衡等引起的, 并通 过实验测定有关参数值,计算系统的固有频率、振型隋军[3、4]建立包括动力总成及传动轴的 5 个自由度的弯曲振动力学模型,计算系统的固有振动特性和响应, 指出动力总成的弯 曲振动是汽车飞轮壳损坏的主要原因这种建模方法及其实用性已为大量的计算和试验分析结果所证实,并且已总结出了确定模型集中质量、弹性和阻尼的一般原则,能有效地用于分析解决车辆动力传动系弯曲振动问题日臻完善的试验模态分析技术,在动力传动系弯曲振动特性的研究中得到广泛应用试验模态分析在动力传动系弯曲振动特性研究中的应用, 经历了从单个总成发展到多个总成直至整个动力传动系的过程隋军[4] 、张建文[5]对动力传动 系动力总成进行了试验模态分析,认为动力总成的弯曲振动是造成汽车离合器壳开裂的主 要原因余龄[6] 利用试验模态分析技术测定了包括动力总成及传动轴的组合系统的一阶弯曲振动频率,张金换[7]则通过模态试验分析研究动力传动系传动轴的临界转速孙方宁[8, 9] 、俄延华[1 0 ] 在整车条件下,对动力传动系弯曲振动进行模态试验,得到整个动力传动系弯曲 振动的模态参数高云凯[1 1 ] 在台架及整车条件下,对汽车动力总成弯曲振动试验模态分析中的非线性特性进行研究,结果表明这一非线性特性仅存在于整车条件下的试验模态分析 试验模态分析具有快速、简便地识别结构固有特性的特点,但其精度主要取决于试验者的经 验和所使用的测试仪器、分析程序模态综合法是对动力传动系弯曲振动进行分析的有效方法,其基本思想是将动力传动系分为若干个子系统,在完成对各子系统的模态分析后, 建立 自由模态的综合方程,再利用平衡条件和约束条件将自由度简化,最后获得一个自由度大为
关于汽车振动的分析
关于汽车的振动的分析 汽车振动系统是由多个子系统组成的具有质量、弹簧和阻尼的复杂的振动系统。汽车振动源主要有：路面和非路面对悬架的作用、发动机运动件的不平衡旋转和往复运动、曲轴的变动气体负荷、气门组惯性力和弹性力、变速器啮合齿轮副的负荷作用、传动轴等速万向节的变动力矩等。 在汽车工程中,多数振动是连续扰动力,而其他一些则是汽车承受的冲击力和短时间的瞬态振动力。振动又可分为周期性的和随机性的,发动机旋转质量的不平衡转动是周期振动的典型例子,而随机振动主要是由路面不平引起的。所有质量--弹性系统都有自己的固有频率,如果作用于系统的干扰频率接近振动系统的固有频率,就会发生共振现象。因此即使自身具有抗干扰能力的系统,装配到汽车上时仍有可能产生振动问题,这就要求在设计阶段准确建立系统模型及运动方程,分析自由振动特性和受迫振动响应,研究控制振动的方法。 汽车振动按照频率范围可分为： 1、影响行驶平顺性的低频振动：它产生的主要振源由于路面不平度激励使得汽车非悬挂质量共振和发动机低频刚体振动，从而引起悬架上过大的振动和人体座椅系统的共振造成人体的不舒适，其敏感频率主要在1-8Hz(最新的研究表明：当考虑人体不同方向的响应时可到16Hz)。对于乘员其评价指标一般是：针对载货汽车的疲劳降低工效界限和针对乘用汽车的疲劳降低舒适界限，或直接采用人体加权加速度均方根值进行评价；对于货物其评价指标是：车箱典型部位的均方根加速度。由于该指标于人体生理主观反映密切相关，因此试验和评价往往采用测试和主观评价相结
合。 2、车身结构振动和低频噪声：大的车身结构振动，不仅引起自身结构的疲劳损坏，而且更是车内低频结构辐射噪声源。其频率主要分布在20—80Hz 的频带内。由两方面引起：(1)激励源；主要有：道路激励、动力传动系统尤其是动力不平衡和燃烧所产生的各阶激励、空气动力激励；(2)车身结构和主要激励源系统的结构动力特性匹配不合理引起的路径传递放大。当前对于低频结构振动和噪声分析研究的方法有：计算预测分析，(1)基于有限元方法通过建立结构动力学模型取得结构固有振动模态参数对结构动力学特性进行评价，通过试验载荷分析得到振动激励并结合结构动力学模型计算振动响应；(2)基于有限元和边界元的系统声学特性计算和声响应计算。试验分析：(1)各种结构振动和声学系统的导纳测量和模态分析；(2)基于实际运行响应的工作振型分析；(3)基于机械和声学导纳测量的声学寄予率分析； 3、各种操纵机构的振动：操纵机构的振动主要是因为其安装吊挂刚度偏低或自身结构动力特性不当或车身振动过大而产生，它不仅容易使驾驶者疲劳严重时可能使操纵失控。对于这些振动各企业都有相应得评价和限值规定。最为典型的是方向盘(线性)振动(转向管柱振动)，其产生的主要原因是方向盘及管柱安装总成与车身振动或其它激励源发生共振；另一重要的振动现象是行驶过程中的方向盘旋转振动(即：方向盘及转向轮摆振)。其产生的原因是：行驶过程中转向轮的跳动与自身的转动而产生的陀螺效应引起转向轮的波动并被转向结构放大从而引起方向盘旋转振动。 4、空气声：车内空气声是由于隔声吸声措施不当从而使得动力传动
轴系扭振
电信号扰动下的轴系扭振 摘要 本文用一种改进的Riccati扭转传递矩阵结合Newmark-β方法研究非线性轴系的扭转振动响应。首先，该系统被模化成一系列由弹簧和集中质量点组成的系统，从而建立一个由多段集中质量组成的模型。第二，通过这种新发展起来的程序可以从系统的固有频率和扭振响应中消除累计误差。这种增量矩阵法，联合结合了Newmark-β法改进的Riccati扭转传递矩阵法，进一步应用于解决非线性轴系扭转振动的动力学方程。最后，将一种汽轮发电机组作为一个阐述的例子，另外仿真分析已被应用于分析典型电网扰动下的轴系扭振瞬时响应，比如三相短路，两相短路和异步并置。实验结果验证了本方法的正确性并用于指导涡轮发电机轴的设计。 关键词：传递矩阵法；Newmark-β法；汽轮发电机轴；电学干扰；扭转振动 1.引言 转子动力学在很多工程领域起着很重要的作用，例如燃气轮机，蒸汽轮机，往复离心式压气机，机床主轴等。由于对高功率转子系统需求的持续增长，计算临界转速和动态响应对于系统设计，识别，诊断和控制变得必不可少。由于1970年和1971年发生于南加州Edison’sMohave电站的透平转子事故，业界的注意力集中在由传动行为导致的透平发电机组内的轴的扭转振动。当代的大型透平发电机组单元轴系系统是一种高速共轴回转体。它是由弹性联轴器连接，由透平转子，发电机和励磁机组成。电力系统故障或操作条件的变化引起的机电暂态过程可能导致轴的扭转振动，而轴的扭转振动对于设计来说是非常重要的。对于透平发电机轴系扭振的研究，如发生次同步谐振和高速重合，基本的是对固有频率和振动响应的计算的研究。 当前，有限元法和传递矩阵法是最流行的两种分析轴系扭振的方法。有限元法（FEM）通过二阶微分方程构造出转子系统直接用于控制设计和评估，而传递矩阵法 （TMM）解决频域内的动态问题。TMM使用了一种匹配过程，即从系统一侧的边界条 1
含有故障的齿轮系统扭转振动分析
第22卷 第4期2007年12月 北京机械工业学院学报 Journa l of Be ijing Institute o fM ach i nery V o.l22N o.4 D ec.2007 文章编号:1008-1658(2007)04-0013-05 含有故障的齿轮系统扭转振动分析 朱艳芬1,陈恩利1,申永军1,王翠艳2 (1.石家庄铁道学院 机械工程分院,石家庄050043;2.石家庄铁道学院 工程训练中心,石家庄050043) 摘 要:建立了故障单自由度齿轮系统扭转振动的数学模型,采用加入脉冲的形式进行故障模拟,并利用数值方法进行对该模型进行仿真,进行定性研究。作出了系统模型的幅频响应曲线,与无故障时的曲线相比较,发现在低速时脉冲对系统的影响较大。另外,还对该模型进行了参数研究,分别比较了在不同阻尼比和不同激振力情况下的脉冲对系统幅频曲线的影响。 关 键 词:单自由度直齿轮系统;扭转振动;数值方法;幅频响应曲线;参数研究 中图分类号:TH113 文献标识码:A Analysis of torsional vibration of a spur gear system w ith faults ZHU Y an-fen1,C H E N Een-li1,SH E N Yong-jun1,WANG Cu-i yan2 (1.Schoo l ofM echan i calEng i neeri ng,Shiji az huang Rail w ay Ins tit u te,Sh iji az huang050043; 2.Eng i neeri ng Tra i n i ng C enter,Sh iji az hu ang Rail w ay I n stitute,Sh ijiazhuang050043) Abstract:The torsional v i b ration m odel o f the spur sing le-DOF gear syste m w it h fau lts is bu il,t and the for m o f the pulses is adop ted to si m u late the faults.Th i s m ode l is ca lculated by usi n g the num erica l m ethod.The response o f the m ode l is ana lyzed,and the Am p litude frequency Curves are p l o tted,and t h e greater fl u ence of the pu lse is found in the lo w frequency.The para m eters of the mode l are researched, and the Am plitude-frequency Curves under vari o us da m pi n g ratio and under vari o us exc iting-v ibration force are co m pared respectively. Key w ords:spur si n gle-DOF gear syste m;torsi o na l v ibration;num erica lm ethod;t h e Am plitude-fre-quency Curves;para m eters study 齿轮作为机械系统中的重要传动装置,在机械、化工、航天等行业的装备中起着非常关键的作用。为了满足航空、航天及机器人等技术发展的需要,采用传统的线性分析和控制理论已难以满足这一要求。由于零部件间的间隙、运动负重的摩擦及时变刚度等因素,实际的齿轮传动系统都是非线性系统,传统的线性分析和控制是对其进行的一种近似处理,只有对齿轮传动系统实施非线性分析和非线性控制才能获得精度高、振动小和噪声低等性能的齿轮传动系统。齿轮的工作状态正常与否对运动和动力的传输具有重要的影响[1]。因此,研究齿轮系统的动力学与故障诊断具有重要的理论价值和工程意义。 关于带故障的齿轮系统动力学建模及动力学分析则见于Parey的文章[2],其中的缺陷主要包括摩擦、磨损、点蚀和剥落等,介绍了带有故障的各种齿轮动力学模型等,另外,Kuang[3]等人建立了考虑齿面磨损的齿轮动力学方程,齿面磨损会影响啮合过程中的齿面轮廓,从而会影响到啮合刚度、阻尼力以及摩擦力等,这样将会使得系统的方程非常复杂。 本文从单自由度齿轮系统入手,经过模型简化,模拟了齿轮系统故障引起的刚度变化后的齿轮模型,并定性地分析了其动力学特性。 1故障单自由度齿轮系统理论模型 首先建立正常直齿轮副扭转振动的数学模型。扭转振动模型是仅考虑系统扭转振动的模型,在齿轮系统的振动分析中,若不考虑传动轴的横向和轴向弹性变形以及支承系统的弹性变形,则可将系统简化成纯扭转的振动系统,在实际工程中许多复杂 收稿日期:2007-09-04 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10602038) 作者简介:朱艳芬(1976-),女,河北藁城人,石家庄铁道学院机械工程分院硕士研究生,主要从事机械系统动力学控制等研究。
汽车传动系统练习答案课案
汽车传动系统练习答案 一、填空题 1.离合器；变速器；万向传动装置；主减速器、差速器；半轴。 2.主动部分；从动部分；压紧机构；操纵机构。 3.自锁钢球；弹簧；特殊齿形；互锁钢球；互锁销；带有弹簧的倒档锁销。 4.两种；先挂前桥、后挂低速档；先摘低速档、后摘前桥。 5.万向节；传动轴；中间支承。 6.15°～20°。 7.主减速器；差速器；半轴；桥壳。 8.绕自身轴线转动；绕半轴轴线转动。 9.锥齿轮组成；锥齿轮；圆柱齿轮。 10.差速器壳；十字轴；行星齿轮；半轴齿轮；半轴。 11.全浮式半轴；半浮式半轴；半轴齿轮；驱动车轮。
12.主减速器；差速器；半轴；轮毂；钢板弹簧；整体式桥壳；分段式桥壳；整体式桥壳。 二、解释术语 1.汽车的车轮数×驱动轮数，第一个数字代表汽车的车轮数，后一个数代表驱动轮数，如EQ2080（原EQ240）E型汽车有6个车轮，而6个车轮都可以驱动，即表示为6×6。 2.发动机发出的转矩经过传动系传给驱动车轮，驱动车轮得到转矩便给地面一个向后的作用力，根据作用力与反作用力的原理，地面给驱动车轮一个向前的反作用力，这个反作用力就是驱动力。 3.传动比既是降速比又是增矩比。＝7.31表示汽车变速器一档的传动比，曲轴转7.31转，传动轴转1转；同时还表示，发动机发出的转矩经过变速器挂一档后传到传动轴时的转矩增大了7.31倍。 4.由于在分离轴承与分离杠杆内端之间存在一定量的间隙，驾驶员在踩下离合器踏板后，首先要消除这一间隙，然后才能开始分离离合器，为消除这一间隙所需的离合器踏板的行程，就是离合器踏板自由行程。 5.膜片弹簧是用薄钢板制成并带有锥度的碟形弹簧。靠中心部位开有辐条式径向槽形成弹性杠杆。使其在离合器分离时兼起分离杠杆的作用。
传动系统振动
汽车动力传动系振动分析 [摘要 ]综述了车辆动力传动系振动的研究进展从振动的角度看 ,车辆动力传动系可分为弯曲振动系统和扭转振动系统目前主要采用试验模态分析和有限元等研究方法对动力传动系弯曲振动特性进行研究 ,建立了较为理想的弯曲振动分析模型在动力传动系扭转振动的研究方面 ,许多学者对此进行了有益探索研究 ,并取得了一定的进展但限于分析条件 ,车辆动力传动系弯曲、扭转振动耦合的研究尚不十分完善 ,尤其在国内 ,这一研究尚处于起步阶段因此 ,在动力传动系弯曲、扭转振动的研究已相对成熟的基础上 ,动力传动系的弯曲、扭转振动耦合对其振动特性影响的研究将是今后一段时间的主要研究内容 车辆是一个复杂的振动系统,它是由多个具有固有振动特性的子系统组成,作为子系统之一 的动力传动系,即包括动力总成、传动轴、驱动桥总成组成的系统是车辆振动和噪声的重要激励源从振动的角度看,车辆动力传动系可分为两个振动系统:弯曲振动系统和扭转振动系统车辆动力传动系的弯曲振动系统和扭转振动系统不仅有各自的固有振动特性,而且还存在一定程度的振动耦合这些不同形式的振动及其耦合,是影响车辆行驶平顺性,乘坐舒适性及动力传动系零部件使用寿命的主要原因之一,因此对车辆动力传动系的整体振动进行深入细致的研究,显得十分必要 1 动力传动系弯曲振动研究 车辆动力传动系弯曲振动在很大的频率段内对车辆振动和噪声有着重要影响,动力传动系低频段内的刚体振动直接影响车辆的乘坐舒适性,而较高频段内的弹性振动将会引起车辆的结构共振和声学共振近年来,随着对提高乘坐舒适性、减小汽车振动要求的提高,对动力传动系弯曲振动特性的进一步研究,已显得十分迫切,国内外对动力传动系弯曲振动的研究起步较早,在理论研究方面取得一定进展,试验研究也较为成熟建立由离散的集中质量、弹簧、阻尼器组成的力学模型是对动力传动系弯曲振动特性进行研究分析的一种行之有效的方法後藤进[1 ]建立了具有 1 1个自由度的动力传动系的弯曲振动力学模型,并通过试验验证,试验结果和计算结果取得较好一致文献[2 ]也建立了动力传动系弯曲振动多自由度力学模型,指出系统的弯曲振动是由发动机运动部件往复惯性力、传动轴的不平衡等引起的,并通过实验测定有关参数值,计算系统的固有频率、振型隋军[3、4]建立包括动力总成及传动轴的5个自由度的弯曲振动力学模型,计算系统的固有振动特性和响应,指出动力总成的弯曲振动是汽车飞轮壳损坏的主要原因这种建模方法及其实用性已为大量的计算和试验分析结果所证实,并且已总结出了确定模型集中质量、弹性和阻尼的一般原则,能有效地用于分析解决车辆动力传动系弯曲振动问题日臻完善的试验模态分析技术,在动力传动系弯曲振动特性的研究中得到广泛应用试验模态分析在动力传动系弯曲振动特性研究中的应用,经历了从单个总成发展到多个总成直至整个动力传动系的过程隋军[4]、张建文[5]对动力传动系动力总成进行了试验模态分析,认为动力总成的弯曲振动是造成汽车离合器壳开裂的主要原因余龄[6]利用试验模态分析技术测定了包括动力总成及传动轴的组合系统的一阶弯曲振动频率,张金换[7]则通过模态试验分析研究动力传动系传动轴的临界转速孙方宁[8, 9]、俄延华[1 0 ]在整车条件下,对动力传动系弯曲振动进行模态试验,得到整个动力传动系弯曲振动的模态参数高云凯[1 1 ]在台架及整车条件下,对汽车动力总成弯曲振动试验模态分析中的非线性特性进行研究,结果表明这一非线性特性仅存在于整车条件下的试验模态分析试验模态分析具有快速、简便地识别结构固有特性的特点,但其精度主要取决于试验者的经验和所使用的测试仪器、分析程序模态综合法是对动力传动系弯曲振动进行分析的有效方法,其基本思想是将动力传动系分为若干个子系统,在完成对各子系统的模态分析后,建立自由模态的综合方程,再利用平衡条件和约束条件将自由度简化,最后获得一个自由度大为缩减又保持了系统特性的运动方程,即组合系统方程孙方宁[8, 9]将一大型客车动力传动系划分为五个子系统,通过试验模态分析获得各子系统的模态参数,然后利用模态综合方法建立整个系统的理论分析模型,编制计算程序,对该大型客车动力传动系弯曲振动的固有振动特性进行计算,并在激振试验台上进行整个动力传动系弯曲振动的试验模态分析,结果表明理论计算和试验结果具有很好的一致性应用模态综合方法,只需获得动力传动系各子系统的模态参数,就可以通
轧机主传动系统扭振分析
冷连轧机主传动系统扭振分析 摘要：针对某新建的1420冷连轧机组，基于设计图纸建立了轧机主传动系统动力学模型。通过计算得到系统的固有频率和反共振频率、振型和Bode图，并进一步对系统的设计方案进行分析评价。结果表明，该冷连轧机主传动系统设计基本合理，部分设计参数还有优化的余地。 关键词：轧机主传动扭转振动固有频率 Torsional Vibration Analysis of the Tandem Cold Mill Main Drives WANG Zeji1，WANG Ruiting1，ZHANG Xiangjun2 (1 Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 201900, China 2 Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract：Focused on the newly-built 1420mm tandem cold mill group of some iron & steel corporation, the dynamic models of the main driving system are established basing on the basis of design drawing. The natural frequencies and anti-resonance frequencies, vibration modes and Bode diagrams of the system are gained by calculating. Subsequently, the analysis and judgement of the main driving system are carried out. The results show that the design of the main driving system is reasonable on the whole, but some design parameters need to be optimized. Key words：rolling mill；main drive；torsional vibration；natural frequency 1 概述 旋转体在旋转方向产生的振动称为扭转振动，它是转转机械中普遍存在的问题【1,2】。在 冷轧生产线上，随着高速、大功率电机在冷连轧机上的使用，接轴和齿轮轴等传动系统由于 扭转振动引起的事故随着增加。轧机主传动系统的事故主要与扭振有关，它往往会对钢板表 面的平直度、厚度公差产生影响。由于扭振引起的最大附加应力可以超过电机驱动力矩所产 生的工作应力的几倍。轧机主传动系统扭振会产生很高的交变应力，严重时会造成减速箱齿 轮断裂、地脚螺丝松动等设备事故，使生产不能顺利进行，或大大缩短轴系零部件的疲劳寿 命，具有极大的破坏性，给企业造成重大损失【2,3】。 目前国内的轧机主传动系统扭振分析工作往往是在现场出现问题后才开展的，扭振问题 无法从根本上解决。现代的轧机设计除了要进行强度、刚度等静力学设计外，还要进行动力 学设计。某公司1420冷轧工程是国家冶金装备自主集成重大创新项目，冷连轧机主传动系 统设计好坏直接关系到工程的成败。为了保证工程顺利建成投产，在设计阶段对轧机主传动 系统进行扭振分析显得尤为重要。 2 系统建模
SAE-C2003P050 汽车振动分析的试验研究
中国汽车工程学会2003学术年会 SAE-C2003P050 231 汽车振动分析的试验研究 朱用国 东风汽车工程研究院 [摘要] 本文通过对某三吨车的整车振动分析，说明了如何利用汽车各结构总成的固有频率及振动传递环节的频率分析来解决汽车实际出现的问题。 关键词：频率振动分析功率谱传递环节 １ 前言 汽车在行驶过程中会出现各种各样的问题，有可靠性的问题，也有乘坐舒适性的问题等，这些问题大都和振动有关，如何通过振动分析测试来解决这些问题就变得很关键。而汽车的振动问题表现在各结构的振动传递，其振动传递特性可以通过频率分析来说明，本文通过对某3吨车的振动分析测试来说明如何利用频率分析来解决此类问题。 ２ 试验过程 某3吨车整车振动较大，乘员的乘坐舒适性较差；在该车的可靠性试验中，其前保险杠在支撑点（保险杆与车架相连处）附近开裂较频繁。因此对该车进行平顺性试验、悬架固有频率测试、汽车车架模态分析、汽车动力传动系模态试验、发动机振动测试、前保险杠模态试验，以对其从频率成分上进行振动分析。 ３ 试验分析 ３．１ 平顺性分析 ３．１．１ 试验结果 通过汽车平顺性试验，验证出此车平顺性较差。 ３．１．２ 分析 由悬架固有频率试验得出该车的前悬挂偏频为2.7Hz，后悬挂偏频为2.82Hz，过高的偏频值说明汽车的前后悬挂系统的刚度较大，汽车悬挂上质量振动过大，致使汽车的平顺性降低。 由于此车的悬挂系统基本上采用的是五吨车的悬挂系统，而汽车的额定载荷却只有3吨，这造成该车的悬挂刚度相对过大。这是该车悬挂偏频较大的原因。 由动力传动系统弯曲模态试验结果可知，该车动力传动系的第一阶弯曲模态频率为44.07Hz，其值偏低，即该车动力传动系的弯曲刚度较低；由于该车发动机的额定转速为2800r/min，其对应的频率为46.7Hz，大于动力传动系的第一阶弯曲模态频率，这使得在发动机工作转速范围内（较高转速上）将出现共振。从发动机振动试验结果得出，该车发动机在2500r/min左右的转速时有共振出现，尽管发动机本身的振动不大，但由于其悬置的隔振性能较差，致使车架的振动较大，从而降低汽车的平顺性。 由上面的分析可得出，影响此车平顺性的因素主要为： 1）汽车前后悬挂系统的刚度较大。 2）动力传动系的弯曲刚度偏低，发动机高转速时，动力传动系易产生弯曲共振，又由于发动机悬置隔振性能差，从而导致汽车振动较大。
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究 【摘要】本文通过一些国内因轴系扭转振动而引起的断轴断桨的事故实例，来分析引起轴系扭转振动的主要原因，分析扭振主要特性，并提取一些减振和防振的基本控制措施。 【关键词】船舶柴油机轴系扭振危害分析措施 在现代船舶机械工程中，船舶柴油机轴系扭转振动已经成为一个很普遍的问题，它是引起船舶动力装置故障的一个很常见的原因，国内外因轴系扭转而引起的断轴断桨的事故也屡见不鲜，随着科学水平的提高和航运业的发展，人们越来越重视船舶柴油机组的轴系扭转振动，我国《长江水系钢质船舶建造规范》和《钢质海船入级与建造规范》（简称《钢规》）和也均规定了在设计和制造船舶过程中，必须要向船级社呈报柴油机组的轴系扭转振动测量和计算报告，以此来表明轴系扭转振动的有关测量特性指标均在“规范”的允许范围内。 1 船舶柴油机轴系扭转振动现象简介 凡具有弹性与惯性的物体，在外力作用下都能产生振动现象。它在机械，建筑，电工，土木等工程中非常普遍的存在着。振动是一种周期性的运动，在许多场合下以谐振的形式出现的，船舶振动按其特点和形式可分为三种，船体振动，机械设备及仪器仪表振动，和轴系振动。船舶柴油机轴系振动按其形式可分为三种：扭转振动，纵向振动，横向振动。柴油机扭转振动主要是由气缸内燃气压力周期性变化引起的，它的主要表现是轴系上各质点围绕轴系的旋转方向来回不停的扭摆，各轴段产生不相同的扭角。纵向振动主要是由螺旋桨周期性的推力所引起的。横向振动主要是由转抽的不平衡，如螺旋桨的悬重以及伴流不均匀产生的推力不均匀等的力的合成。 船舶由于振动引起的危害不但可以产生噪音，严重影响旅客和船员休息，还会造成仪器和仪表的损害，严重的时候甚至出现船体裂缝断轴断桨等海损事故，直接影响船舶的航行安全。而在船舶柴油机轴系的三种振动中，产生危害最大的便是扭转振动，因扭转振动而引起的海损事故也最多，因此对扭转振动的研究也最多。而且当柴油机轴系出现扭转振动时，一般情况下，船上不一定有振动的不适感，因此这种振动也是最容易被忽视的一种振动形式，一旦出现扭转振动被忽视，往往意味着会发生重大的事故。更应该注意的是，当发动机运转在主临界速度时，自由端的传动齿轮箱往往容易发生齿击或噪声大的现象，这时检查时会发现齿轮有点蚀或剥落等磨损现象，严重时会有断齿事故。有时在强共振的情况下，轴系中的某些位置只要数分钟运行就能自行发热，稍有疏忽，就可能造成断轴断桨的海损事故。 2 船舶柴油机因扭振而引起的断轴断桨的事故及分析 （1）广西海运局北海分局所属沿海货轮400吨桂海461、462、463，三条
06.车辆动力传动系统轴系扭振仿真及分析
车辆动力传动系统轴系扭振仿真及分析 Shaft Torsional Vibration Simulation and Analysis of Vehicle Power-train 杨守平张付军 (北京理工大学军用车辆动力系统技术国防重点学科实验室，北京 100081) 摘 要:扭振是车辆动力传动系统轴系失效的重要因素之一，开展轴系扭振动力学仿真研究，具有重要的现实意义。首先采用GT-CRANK软件建立某车辆动力传动系统2档、5档当量系统模型，并综合考虑燃气压力、往复惯性力和往复部件重力产生的激励力矩。从激励力矩的傅立叶变换可以看出，激励能量集中在6.5谐次以下。通过自由振动和强迫振动计算发现：装有高弹性联轴器的动力传动系统，可以将发动机曲轴系统与从动机构的扭振特性分开考虑，而不会对彼此产生影响；发动机曲轴系统的共振频率远远高于从动机构的共振频率。 关键词:动力传动系统；扭振；弹性联轴器；GT-CRANK Abstract：Torsional vibration is one of the most important malfunctional factors of vehicle power-train, and the investigation into it is of great significance. Firstly,a vehicle power-train system gear 2 and gear 5 equivalent dynamic models are built using the GT-CRANK software in this paper, with consideration of gas pressure, reciprocating inertia torque and torque caused by reciprocating components gravity synthetically. From Fourier Transform figures of excitation torque, energy concentrates below order 6.5. Finally，according to the simulation results of free vibration and forced vibration, the torsional vibration characteristics between the engine crankshaft system and driven components could be taken into account respectively with vehicle power-train installing high elastic coupling. The resonance frequency of the engine crankshaft is much high than that of driven component’s. Key words: power-train; torsional vibration; elastic coupling; GT-CRANK 1 引言 动力传动系统是车辆重要组成部分，通常由活塞式内燃机（汽油机、柴油机等）、变速装置（液力-机械变速装置或机械变速装置），转向装置等构成，其性能直接影响车辆的动力性和燃油经济性。轴系扭振性能是车辆动力传动系统重要的性能指标。 在车辆动力传动系统中，由于发动机燃气压力和惯性力矩呈周期性变化，这些力矩作用在发动机曲轴上形成激励力矩，这是产生扭振的外因。此外，轴系本身不但有惯性，而且具有弹性，这就决定了其固有的扭振特性，这是扭振的内因。车辆轴系扭振具有必然性、潜伏性、事故突发性的特
6-2MW齿轮箱传动系统扭振特性分析
第六章齿轮箱传动系统扭振特性分析 6.1 齿轮箱整机模态分析模型建立 扭振是关于齿轮箱传动系统激励频率对固有频率影响程度的计算，反映了系统是否存在谐振(共振)的危险程度，主要与系统各组成件的转动惯量和扭转刚度有关。因此需要齿轮箱进行模态分析，并计算齿轮箱传动链的扭转刚度和阻尼。本章根据Romax软件建立2MW风电齿轮箱系统分析模型，分析系统的整机模态特性。 在建立2MW风电齿轮箱整机模态分析模型时，轴与箱体之间按照实际设计图纸连接滚动轴承。 考虑到实际工作过程中，由行星架输入，内齿圈与箱体、箱盖通过螺栓紧密地连接在一起，不允许有任何相对运动，建模时通过编辑有限元节点连接将各箱体按照实际连接在一起，并在行星架的支撑臂上施加刚性约束。风电齿轮箱三维模型如图6.1.1所示。 (a) 箱体三维模型(b) 传动链模型(C) 整机模型 图6.1.1 2MW风电齿轮箱三维模型 6.2 模态分析结果 对整机进行模态分析，提取整机前20阶模态频率，表6.2.1给出了2MW风电齿轮箱前20阶模态的振动固有频率及对应各阶振型描述。 表6.2.1 整机模态分析结果
11 136.6 中间级空心轴、太阳轮轴沿Y轴正向摆动 12 167.4 中间级齿轮轴沿负X轴摆动 13 187.8 中间级齿轮轴、中间级空心轴沿Y向摆动 14 193.5 中间级齿轮轴、输出齿轮轴沿Z向扭转 15 196.5 中间级齿轮轴沿Y向扭转 16 207.9 中间级齿轮轴、输出齿轮轴沿X向摆动 17 218.7 输出齿轮轴沿负Y向摆动 18 231.4 输出齿轮轴沿负X向摆动 19 248.5 输出齿轮轴沿Y向扭转 20 274.6 输出齿轮轴沿负Y向摆动 各阶模态频率对应的齿轮箱振型图如图6.2.1-图6.2.20所示。图中坐标方向均与图6.1.1保持一致，为更好观察齿轮箱内部结构，部分图未显示齿轮箱箱体。 图6.2.1 1阶模态振型图6.2.2 2阶模态振型 图6.2.3 3阶模态振型图6.2.4 4阶模态振型