发动机的振动分析与控制(-学时)

s sin( )

r l sin sin
连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力臂： h =s sin r sin( )
连杆对曲轴拉力相对于支点旋转力距： M 主 Pt h Pt r sin( )
3.1.1 单缸发动机的激励源
曲轴旋转主动力矩：
指曲轴旋转的角度（相对于X轴） 指指连杆相对于X轴夹角
曲柄销
3.1.1 单缸发动机的激励源 • 对活塞运动分析：


p j 活塞往复惯性力
3.1.1 单缸发动机的激励源 Pj活塞往复惯性力? 2）单缸发动机总激励源：
活塞受力
Pg 气体对活塞压力
Pn：汽缸壁对活塞支持力 Pt ： ? 连杆对活塞拉力
Pr曲轴离心力
Pt 连杆对曲轴拉力（不考虑连杆重力）
曲轴受力
N x 和N y：发动机缸体对曲轴的支持力
3.1.1 单缸发动机的激励源
活塞爆发压力： 活塞受力平衡方程：
详细求解曲轴旋转主动力矩推导
Pr、N x、N y都通过曲轴支点 Pt 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s
Pr、N x、N y都通过曲轴支点 Pt 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h
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：
3.1.1 单缸发动机的激励源
单缸发动机受力图：
缸体绕曲轴 其中Pr曲轴离心惯性力 轴线反向转动力矩Mz，数值与 使曲轴旋转的主动力矩相等。 P 活塞往复惯性力
j
气缸 受力
mg气缸重力
3.1.2 多缸发动机的激励源 • 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：
指？ 指？
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。
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。
11.8760 3.6658 1.7969 0.0000 0.0000 0 + 0.0000i
16周实验4：T值的Matlab仿真 分析
e=0.05; for i=1:100 r(i)= 0.04*i; T(i)=((1 +(2*e*r(i).^ 2))./(((1r(i).^2).^2+ 2*e*r(i).^ 2))).^0.5; % T(i)=(((1r(i).^2).^2+ 2*e*r(i).^
• 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。
• 隔振后系统稳态响应的振幅：3.2.1 隔振原理
• 评价指标为位移传递率：
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。
• 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％
3.2.1 隔振原理
• 请问：位移传递率和隔振效率的关系？
错 误 结 果
17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988
气体压力Pg 和往复惯性力Pj 使曲轴产生转动的力矩。
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 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：
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
•《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
发动机隔振设计 发动机气门振动
3.2
3.3
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
3.1.1 单缸发动机的激励源
• 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。 活塞销 1）惯性力激励源：
3.5 e=0.05 e=0.10 e=0.15 e=0.20 e=0.375 3
2.5
传 递 率 T或 X/Y
2
1.5
1
0.5
0 0
0.5
1
1.5
2 频率比
2.5
3
3.5
4
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。
• 往复惯性力： • 垂直方向合力：
3.1.2 多缸发动机的激励源 • 离心惯性力在水平方向分力：
• 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Biblioteka Baidu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