内燃机振动控制题目

1.内燃机激振力及特点——B10，A135

气体力是由压缩压力、燃烧产生的压力增量和气体压力的高频振荡分量组成。特点：气体力是内燃机对外做工的主动力，产生输出转矩。气体力在机体内部平衡。气体力呈脉冲性，一个周期内只有一个峰值。气体压力级频谱可粗略划分为三个频段。300hz以下为低频段，300-2000hz为高频段，2000hz以上为高频段。影响气体压力级低频段的主要因素是最高燃烧压力。影响中、高频段的主要因素是最大压力升高率及其加速度。压力升高率越大，中频段上的成分越丰富，频谱曲线愈平缓，即中频段的能量愈大。中频段处在内燃机结构振动的最大响应区域，是人耳感觉最强烈的噪声频率范围，中频段压力级的状况对内燃机的结构振动和燃烧噪声有很大的影响，是研究的重点。气体力对结构振动和燃烧噪声的激励主要集中在急速燃烧期。

曲柄连杆机构惯性激振力：往复惯性力和旋转惯性力

特点：对单缸机来讲，往复惯性力在发动机内部没有平衡，有自由力产生，是发动机纵向振动的根源。理论上，有些多缸机一阶往复惯性力是平衡的，但是由于参数偏差的影响，多缸机的往复惯性力实际上是不平衡的，是构成一阶激振力的主要成分。往复惯性力总是存在，在一个周期内其正负值相互抵消，做功为零。旋转惯性力是离心力，是旋转质量产生的，只要发动机运转就会产生，始终沿曲柄半径方向向外。

激振力矩：（1）内燃机工作时气缸内气体产生的作用力矩。

特点：在内燃机的一个工作循环内气体力是变化的，使得作用在曲轴上的切向力矩呈周期性变化，从而引起轴系的扭转振动，这种力矩是轴系作扭转振动的主要原因。

（2）曲柄连杆机构重力和惯性力所产生的作用力矩。

特点：除了低速重型内燃机零件重量很大，有必要考虑重力产生的激振力矩外，一般情况下可以忽略不计。离心惯性力的作用方向始终通过曲轴旋转中心，不能对轴系形成激振力矩。往复惯性力同气体力一样，其切向力的变化将会引起轴系的扭转振动。但是往复惯性力所形成的激振力矩相对于气体力来说是较小的，在

计算时可以不予考虑，即使有时需要考虑，也只考虑1、2、3和4次简谐分量。（3）吸功部件吸收扭矩的不均匀而产生的作用力矩。

特点：受功部件如果不能均匀地吸收扭矩，也会产生激振力矩，它作用在曲轴输出法兰上，引起轴系的扭转振动。但在一般计算中，为了简单起见，只要这些激振力矩幅值小于其平均扭矩的5%，就可以忽略不计。

传统内燃机采用喷油泵，这时还会有喷油泵激振力：泵腔油压是脉冲载荷，气压力升高率和下降率都很大，油压的急剧上升和迅速下降，会激起整个喷油泵构件的高频振动和结构噪声。

2.试描述内燃机振动被动控制的主要原理及方法——B4

（1）削弱激振源

这是降低内燃机振动的基本途径，它贯穿在设计、制造、乃至使用的全过程。诸如改善内燃机的平衡性能；选用动力学性能好的配气凸轮；采用先进的活塞结构以减少活塞的横向撞击；以及提高零部件的加工、装配和调整精度，以保证设计性能的实现、防止出现新的激振源等。

前己指出，内燃机的多数激振源都是宽.频带的，因此要特别注意削弱激振力中那些有重要影响的频率成分。例如，对结构振动而言，要着重降低燃烧气体力中声频段内的强度，因为此频段的气体力会激起人耳最敏感的结构噪声。（2）避免共振

即避免出现激振频率与系统固有频率重合的情况。一般说来，激振频率常受从动机械转速的制约，不便更动，故经常通过改变内燃机设计以调整系统固有频率，避免共振，以改进系统振动待性。例如，改变飞轮结构以调整轴系惯量；变更隔振橡胶元件的硬度以改变其刚度；改进机体结构以提高其固有频率等。（3）减少振动响应—减振

实际上，常会遇到共振无法避免的情况，此时只能设法降低其共振强度。可以采取的措施有：

1）增加系统阻尼，以消耗共振能量。例如增设阻尼(橡胶、液力)减振器;采

用内阻尼较大的铸铁材料；在薄壳表面衬上高阻尼材料等。阻尼材料具有宽率带控制功能，可在很宽的频率范围内抑制振动。

2）采用动力吸振器。在主系统上装设质量弹簧子系统(动力吸振器)，子系统参数的选取使得其固有赖率与激振频率相同，便可将激振能量转移到动力吸振器上，利用吸振器质量的振动来消除主系统的振动。动力吸振器属于窄频带控制，只能吸收单一频率的振动能量。

4）控制振动的传递率—隔振

完全消除内燃机的振动是不可能的，采取上述措施也只能将其控制在一定范围之内。为减小内燃机振动对基础及周围环境的不良影响，可将其安放在高弹性的隔振器上，以隔离或减小内燃机作用力向周围的传播，通常称之为动力隔离或积极隔振。

内燃机上的仪表，汽车、轮船、机车上的设备、仪器等，都是在振动环境中工作。为隔离或减小环境振动对它们的干扰，也要将它们安放在隔振器上，这就是运动隔离或消极隔振。虽然它采取的措施与动力隔离没有多大差别，但概念不同，是另一种类型的隔振。

隔振的概念同样可以应用到内燃机内部，例如采用弹性支承以降低进气管的振动。

还需指出，也可以通过增加某些结构的附加刚度或阻尼，来改变振动的传播途径，以达到降低振动总水平的目的。

3.简述内燃机曲轴扭振的危害——A104

（1）对轴系扭转疲劳强度有不利影响。严重的扭振导致轴系疲劳断裂；

（2）会造成轴系传动齿轮齿面冲击、点蚀、拉毛；

（3）导致轴承烧损，螺钉松动；

（4）改变各曲柄间的正常相位，导致内燃机动力平衡性能恶化，振动加剧；

（5）引起凸轮轴的扭振而改变配气和供油正时，使内燃机工作性能变坏；

（6）轴系扭振还以使由它驱动的调速器失灵、游车，造成内燃机工作不稳定；

（7）还会造成活塞环及缸套快速磨损，离合器损坏，噪音增大等；

这些最终都会导致内燃机功率下降。

4.试描述内燃机振动主动控制的主要原理——B100

主动控制需要外界提供能量，故又称有源控制，它是利用外界能量产生控制振动所需要的力或运动。主动控制技术涉及自动控制、计算机、液压、测试等多方面的理论和技术，下面只通过两个例子说明主动控制的基本原理。

（1）整机振动的主动控制

动力吸振器是在主系统上附加一个子系统，并且使子系统的谐振固有频率等于主系统的激振频率，此时，主系统处于反共振的静止状态，而子系统则以一定的振幅在振动。动力吸振器是靠子系统产生的弹性力来抵消外界激振力，能有效消除主系统的振动。但是被动式动力吸振器的参数在工作中不能调节，只能在很窄的激振频率范围内起到的减振的作用。主动式动力吸振器通过装在飞轮上的霍尔元件产生与柴油即将转速成正比的脉冲信号，微机系统根据此信号计算当时的转速，并以此计算出控制步进电机的信号，驱动步进电机，步进电机带动涡轮蜗杆和齿轮齿条机构实现悬臂长度的调节，这样就实现了吸振器谐振频率的自我调节，使柴油机经常处于反共振状态，达到很好的减振效果。这种控制方式属于开环控制。

（2）动力隔振的主动控制

柴油机被两层串联的橡胶元件支撑着，液压缸装在上层橡胶元件上，刚体连接在柴油机机体上，活塞杆固定在中间板上，这两层橡胶元件和液压缸组成一个主动隔振单元。当m受F0激振出现向上位移x时，控制系统使活塞连同中间板产生相对于m的向下位移u=-x；m向下移动时，情况与之相反。这样中间板便保持静止不动，下层橡胶元件不承受动态压缩，传给基础的动态作用力便为零，F T=0.实现了理论上传递率为零的隔振。此时，上层橡胶的弹性力和阻尼力与油缸液压力相平衡，柴油机按x’’=F0sinωt/m的方式运动。