汽车振动基础[精]

虽然各个不同领域中的现象虽然各具特色，但往往有着相 似的数学力学描述。正是在这个共性基础上，有可能建立某种统 一的理论来处理各种振动问题。
借助数学、物理、实验和计算技术，探讨各种振动现象，阐 明振动的基本规律，以便克服振动的消极因素，利用其积极因素， 为合理解决各种振动问题提供理论依据。
学习振动理论的目的之一： 掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动对工程结 构和机械产品的性能、寿命和安全的有害影响。
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– 石油勘探 – 隧道地质环境勘测
的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、 阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验 分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分
汽车振动基础
授课对象：本科生 学科专业：车辆工程
序言
为什么要开设汽车振动这门课程？？
我国摆脱汽车制造 大国而非制造强国 的困境
顺应汽车向高速化 和轻量化发展趋势
振动噪声分析是进行大量汽车动态 性能分析的理论基础、汽车平顺性、 乘坐舒适性、发动机的减振隔振及 振动噪声控制、车身结构的模态分
析等
汽车振动是汽车行业必不可少的理论基础之一
主要参考资料
［1］靳晓雄，张立军，江浩. 汽车振动分析[M]. 同济大 学出版社. 2002.05
［2］吴业森，罗明廉. 随机振动. 机械工业出版 社. 1988
［3］盛骤，谢式千，潘永毅. 概率论与数理统计. 高等教育出版社. 1996.3
主要讲述内容
• 概述 • 单自由度系统的振动 • 两自由度系统的振动 • 多自由度系统的振动 • 随机振动 • 汽车振动应用与实践
振动研究的问题（1）
对于一般的振动系统问题，可以用下图所示的框图来说明，振动系统 是指所研究的振动对象。
输入 激励f(t)
振动系统 h(t)
输出 响应x(t)
振动系统：以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载 荷为目的的系统。可以是一个零部件、一台机器或者一个完整的工程结构等
振动系统的输入和输出，往往又分别称为“激励”和“响应”。输入或激励是表 示初始干扰和激振力等外界因素对系统的作用。输出或响应是指系统在输入或外激励 作用下所产生的动态响应。
利用振动信号监测设备工作状态，诊断故障。
－ 对发动机故障进行的振动监测和诊断
• 振动设备和工具开发
利用振动原理，研究和开发新型的振动源和振动工具。
－ 地下钻孔机利用振动来松动土层，减小阻力，提高钻孔效率
• 振动响应分析
对系统进行振动响应分析，研究其的动态性能。
– 汽车平顺性分析
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统 辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构
强壮的格蒂－－ 1950 今天的塔科马海峡大桥－－2007
卡门涡街（Kármán vortex street）
共振
卡门涡街是指流体绕过非流线形物体时，物体尾流左右两侧产生
的成对的、 交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋
英国渡桥电厂冷却塔 (1965)
1965年11月1日，英国渡桥电厂的8座冷却塔 在8级风中倒掉了3座．1973年9月27日，英国 Ardeer又在大风中倒掉了1座冷却塔。－－共 振
振动系统的“激励”一般是外界对系统的作用，它可能是力，也可能是位移。而 “响应”则一般是系统的变形、位移、速度或加速度。
振动研究的问题（2）
–几大方面
• 振动隔离
在振动源不可能完全消除的情况下，研究如何减小振动对结构的影响。
– 发动机悬置隔振 – 汽车悬架隔振作用
• 在线控制
减小汽车在不平路面上行使时传给 车身的振动
– =>9.8呢，会是什么现象？
• 机床振动－－降低机床的精度，产生误动作，影响其性能 • 机械噪声－－纺织厂工人耳聋耳背、钻孔机、打桩机、导振器等 • 遇到气流时飞行中的飞机－－气流引起的共振导致飞机折翼 • 遇到海浪时航行中的轮船－－海浪引起的共振引起轮船断裂
• 导弹遇到空气流引起的振动－－会影响导弹的命中率
日本核试验引起的地震
塔高122m, 钢筋混凝土结构
振动噪声的危害
• 消耗能量 • 对人体不良影响
生活、工作和 车辆噪声国内外均有法规
加以约束和控制
A声级(dB) 30－50 40－60 70以下 70－90 90略超
115以上
影响
后果
保证休息 保证脑力劳动 下限理想值
完全不使听力受损
保护健康听力 允许范围
工作不舒服、 但不痛苦
经过休息可以恢复，但长期暴 露会产生永久性听力损失
噪声评 价
强噪声
痛苦
会产生不可恢复的永久性听力 过强噪
损失
声
利用振动为人类服务
– 声音
• 想一下世界上没有声音会怎么样？ • 大家想一下耳膜和声带不振动将带来的后果是什么？
– 利用振动的工作装置
• 钟表 • 振动压路机 • 混凝土导振器 • 手机振动装置 • 振动筛 • 上课老师听不到而学生听得到的手机响铃？
• 对人体的影响（频率）
– 全身振动的生理反应
• 对机械结构
– 风吹桥垮 – 加工精度 – 驾驶稳定 – 瞄准精度 – 影响结构疲劳寿命
(1) Tacoma 峡谷大桥 (1940.7.1－－1940.11.07)
舞动的格蒂
(Barney Elliot,Harbine Monroe)
“猎风行动”——风洞试验
3、简谐振动、谐波分析及频谱分析 4、汽车上的振动问题
发动机和传动系统、悬架系统、制动系统、转向系统、车身和车架
振动的危害
• 地震
– 地球表层的快速振动－－位移变化影响
• 车船振动（加速度影响）
– 车辆平顺性-座垫处振动加速度评价（加权加速度） – 0.315m/(s*s),没有不舒适 – 0.315—0.63，有一些不舒适 – 0.5—1.0, 比较不舒适 – 0.8—1.6，不舒适 – 1.25—2.5，很不舒适 – >2.0, 极不舒适
概论－－内容简介
1、振动及其研究的问题 在外力的作用下，弹性的机械或结构不仅产生刚体运动，还会产生由于自身
弹性而引起在平衡位置附近的微小往复运动，这种往复运动通常称为振动。 振 动所研究的问题通常分为振动分析、环境预测和系统辨识三类。 2、振动的分类及研究振动的一般方法
自由振动、受迫振动、简谐振动、周期振动、非周期振动、随机振动 理论分析法、实验研究法、理论与实验相结合的方法