单位文秘网 2021-07-05 08:19:40 点击: 次
摘要:汽车行驶时,由于路面不平、不均匀轮胎旋转、不平衡传动轴旋转、发动机扭矩变化以及行车速度、载荷变化等因素激起汽车的振动,使驾乘人员处于振动环境之中。振动影响着驾乘人员的舒适性、工作效能和身体健康。因此,应采取措施减轻汽车的振动、保持工作环境的舒适性,以保证驾乘人员在复杂的行驶和操纵条件下具有良好的心理状态和准确灵敏的反应。
关键词:汽车振动特性
汽车在行驶中的振动激励源主要是路面不平度激励和动力传动总成产生的激励[1]。路面不平度激励是引起汽车行驶振动的主要激振源。同时,汽车本身是一个复杂的多自由度“质量-刚度-阻尼”振动系统,它是由多个具有固有振动特性的振动子系统所组成,如车身的垂直振动、纵向角振动和侧倾振动、发动机曲轴的扭转振动、变速器内部轴系的扭转振动、传动轴的不平衡振动、驱动桥的扭转振动、轮胎不平衡的振动等等,而且各振动子系统之间还存在一定程度的相互联系而形成振动耦合,当这些激励源产生的振动频率接近或一致时,就有可能导致汽车产生共振,对整车振动性能产生影响[2]。
本文研究对象为CA1091E汽车,下表所示为该汽车主要技术参数。下面就路面激励和动力传动总成产生的激励二个方面来进行简要分析。
一、路面激励
路面不平度是在车辆荷载和环境的共同作用下,加上施工、材料等因素而形成的道路表面不规则的起伏。通常人们将路面相对基准平面的高度沿道路走向的变化称为路面不平度函数。当汽车在路面上行使时,路面不平度会激起汽车的垂直振动。因此,在汽车的振动研究中,研究路面不平度对汽车系统产生的振动激励,一直是一个非常重要的研究课题,而如何对它进行合理的描述是研究汽车振动的首要条件。
车辆行驶时,由于路面不平度的激励导致车辆产生垂直方向振动、横摆振动、前后俯仰振动和纵向振动及传动系扭转振动。这些振动会影响车辆的平顺性、乘坐舒适性以及承载系的可靠性和寿命。车辆运行时受着很复杂的载荷,路面不平度是引起车辆振动的主要激振源[3]。
二、汽车动力传动系振动分析
汽车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、驱动桥总成组成的一个多自由度的扭转振动系统是车辆振动和噪声的重要激励源[4]。当来自发动机、传动轴、车轮不平衡、路面等周期性激励的频率与动力传动系扭转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,有必要对动力传动系统各总成工作时产生的振动激励对汽车振动的贡献情况进行分析。
动力传动系的振源主要来自于:一是发动机工作时由曲柄连杆机构引发的振动及由于着火脉冲引起的振动,二是动力传动系统轴系的振动,三是车轮不平衡产生的周期性激励。
1、发动机引起的振动
发动机在运转过程中,气缸内的燃气压力和运动件产生的不平衡惯性力周期性变化,将使曲轴系统产生扭转振动,同时引起发动机在车架上的整体振动。所以说,发动机是产生振动的主要振源之一。要了解发动机对车辆整车振动特性的影响,首先必须了解发动机的激振特性。一般来说,发动机的激振力主要来自发动机的往复惯性力、离心惯性力和着火脉冲。
燃气在气缸内爆发产生的气压力脉冲称作着火脉冲,它产生绕曲轴轴线的扭矩。发动机工作时,气缸内的燃气压力和曲柄连杆机构的惯性力都是周期性变化的,这些力会造成发动机机体的振动。其中曲柄连杆机构的惯性力一般在设计发动机时予以考虑并采取措施进行平衡,而燃气压力直接与发动机的输出扭矩相关,是始终存在的,它是造成发动机机体振动的主要因素。
发动机在工作过程中,作用在活塞上的气体压力和往复惯性力产生是曲轴旋转的主动力矩,根据作用力与反作用力定律,必有一反力矩,使发动机缸体绕曲轴轴线作反向转动。这种周期性的波动扭矩使发动机产生周期性的扭转振动。这种周期性着火脉冲的振动频率实际上就是发动机的着火频率。
2、传动轴振动分析
传动轴是汽车的一个高速旋转总成构件,由于设计、制造、装配以及使用过程中产生弯曲变形等耗损,使其回转轴线与质量中心不重合,传动轴在传递扭矩的过程中不可避免地存在一定的动不平衡,使其在工作过程中产生周期变化的扭转振动。当激励频率与动力传动系固有频率相同或相近时,整个系统将发生共振现象,这是非常危险的。这种振动的形态大致可分为扭转振动、弯曲振动和纵向振动。汽车动力传动系统的弯曲振动和扭转振动是引起汽车振动的主要原因之一[5]。在此只主要论及弯曲振动和扭转振动。引起弯曲振动的原因有传动轴自身的不平衡、圆跳动量等任何形式的旋转不平衡和不同轴度等等。引起扭转振动的原因有燃气爆发力及往复质量作用在曲轴上等。
传动轴动不平衡量增大时,还会导致传动轴绕汽车横轴的扭振,进而引起整车的振动。
3、车轮振动分析
充气的轮胎主要是靠空气压力来支撑车身重量,靠其弹性从径向和横向对车身予以支撑,从而能够对来自路面的强制力起到缓冲作用。车轮(包括轮毂、制动鼓、轮胎等)由于制造工艺和转动磨损等方面原因,不可避免地存在不平衡量。汽车在行驶过程中,车轮也为一高速旋转件,又是与地面直接接触的减振件,是汽车最重要的部件之一。在路面较差时,路面不平度激励引起的振动响应占主导地位,车轮不平衡激励引起的振动响应处于次要地位;但行驶路面越平坦,路面不平度激励作用减小,车轮不平衡激励产生的激励引起的响应成为主要成分。在转动时,其不平衡量相当于偏心转子,产生周期性变化的简谐力。
以上对CA1091E汽车系统振动特性,从路面不平度和汽车动力传动系两个方面,分析了路面不平度对汽车的振动激励,发动机运动件产生的往复惯性力、离心力、着火脉冲所产生的激励对发动机振动性能的影响,及传动轴弯曲振动及车轮不平衡引起的振动激励。汽车异常振动问题非常复杂,需要分析挑选出主要影响因素进行综合研究,通过分析计算,找出主导因素,再经过试验、测试等进行验证,最终确定合理的改进方案和必要的整改措施。
参考文献:
[1] GB/T 7031-1986 车辆振动输入路面平度表示方法.SBTS.1987-10-1
[2] 孙建成.车辆行驶平顺性的预测与优化.汽车研究与开发,1998(1): 28-31
[3] 郑浩哲.随机路面行驶车辆振动响应的快速虚拟激励算法.汽车工程,l993,l5(5): 268-277
[4] 俄延华,李承德.汽车动力传动系弯曲振动及其减振措施.汽车工程,1998,20(5): 291-295
[5] 隋军,王学义.传动系的弯曲振动及其对汽车飞轮壳强度影响的研究.汽车技术,1994(6): 14-22
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