1、1,主講：胡愛(ài)軍,汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué),2,第七章 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振分析,7.1扭振系統(tǒng)的激振源,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,7.4動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的減振措施,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,3,車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，在激勵(lì)作用下通常會(huì)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。,7.1扭振系統(tǒng)的激振源,傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)強(qiáng)烈的扭振共振，相關(guān)部件所受載荷將明顯增加。若這種情況發(fā)生在車(chē)輛經(jīng)常使用的范圍內(nèi)將嚴(yán)重影響傳動(dòng)系零件的使用壽命。,簡(jiǎn)化的扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)模型,4,內(nèi)燃機(jī)輸出的交變力矩是導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的主要原因。,1.發(fā)動(dòng)機(jī),7.1扭振系統(tǒng)的激振源,發(fā)動(dòng)機(jī)周期性的激振轉(zhuǎn)矩使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，從而在傳動(dòng)系統(tǒng)軸段引起載荷的周期

2、性變化。,單個(gè)氣缸對(duì)曲軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可表示為其平均轉(zhuǎn)矩的傅里葉級(jí)數(shù)形式：,T0為曲軸平均轉(zhuǎn)矩,為曲軸角速度。,5,4沖程6缸發(fā)動(dòng)機(jī),7.1扭振系統(tǒng)的激振源,缸發(fā)動(dòng)機(jī)各階旋轉(zhuǎn)矢量圖,6,變速器的振動(dòng)特性受系統(tǒng)質(zhì)量、剛度、阻尼和齒剛度變化的影響。變速器本身的激振源主要是由齒輪嚙合過(guò)程中的載荷波動(dòng)引起的。,2.變速器,7.1扭振系統(tǒng)的激振源,3.萬(wàn)向節(jié),萬(wàn)向節(jié)系統(tǒng)引起的振動(dòng)激勵(lì)可由如圖所示，在存在軸向角的情況下，萬(wàn)向節(jié)不能均勻地傳遞輸入和輸出，即使輸入的角速度恒定，輸出角速度也將產(chǎn)生周期性波動(dòng)，由此產(chǎn)生的參數(shù)化激勵(lì)振動(dòng)將可能導(dǎo)致系統(tǒng)共振。,7,4.其他因素,7.1扭振系統(tǒng)的激振源,輪胎、輪輞、制動(dòng)盤(pán)等

3、旋轉(zhuǎn)部件的不平衡質(zhì)量以及不平路面的激勵(lì)均可能引起傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振，若與懸架運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)耦合，還可能導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的自激勵(lì)振動(dòng)。,8,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,工程中對(duì)軸狀或鏈狀特征的結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)分析，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、動(dòng)力輸出軸系等，傳遞矩陣法是一個(gè)行之有效的方法。,傳遞矩陣法：將有鏈狀或者軸狀特點(diǎn)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，離散成具有集中廣義質(zhì)量和剛度元素的串聯(lián)在一起的彈簧質(zhì)量的單元鏈系統(tǒng)。,定義出各單元兩端內(nèi)力和位移為狀態(tài)向量，通過(guò)點(diǎn)傳遞矩陣表達(dá)質(zhì)量點(diǎn)左右兩邊包括慣性狀態(tài)向量的變化，通過(guò)場(chǎng)傳遞矩陣表達(dá)一段無(wú)質(zhì)量軸左右兩端由于變形體彈性性質(zhì)導(dǎo)致的兩端狀態(tài)變量間的聯(lián)系，最后形成一端的狀態(tài)變量到另一端的傳

4、遞關(guān)系。,9,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,多圓盤(pán)軸系統(tǒng)的扭振分析：由無(wú)質(zhì)量的軸和有質(zhì)量的圓盤(pán)組成。,如圖所示的多軸圓盤(pán)軸系：,10,取其中第i段進(jìn)行分析：,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,R和L分別表示所考慮的點(diǎn)或場(chǎng)的右邊和左邊的狀態(tài)量。,1)無(wú)質(zhì)量軸的狀態(tài)量,得場(chǎng)傳遞矩陣：,11,取其中第i段進(jìn)行分析：,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,R和L分別表示所考慮的點(diǎn)或場(chǎng)的右邊和左邊的狀態(tài)量。,2)質(zhì)量Ji的狀態(tài)量,得點(diǎn)傳遞關(guān)系,設(shè)圓盤(pán)作簡(jiǎn)諧振動(dòng),則,12,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,綜合場(chǎng)傳遞和點(diǎn)傳遞矩陣：,狀態(tài)量的關(guān)系可以從第1段的左邊遞推到第N段的右邊，即：,13,7.2扭振振動(dòng)分析的

5、傳遞矩陣法,邊界條件：如果兩端自由的多圓盤(pán)軸系統(tǒng)，有,有非0解的條件，其特征方程為：,對(duì)左端固定，右端自由的多圓盤(pán)軸系統(tǒng)，有,有非0解的條件，其特征方程為：,14,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,例：求三圓盤(pán)扭振系統(tǒng)的固有頻率和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)。,設(shè)J1=500N.cm.s2，J2=1000N.cm.s2，J3=2000N.cm.s2，k2=10000000N.cm/rad，k3=20000000N.cm/rad。,解：,這些特征方程是關(guān)于系統(tǒng)固有頻率 的代數(shù)方程。 代入各段傳遞關(guān)系，取其中可為任意常數(shù)的狀態(tài)量為單位值，獲得另一狀態(tài)量在各質(zhì)量處的相對(duì)大小，對(duì)應(yīng)于 即為固有振動(dòng)模態(tài)。,N=3，兩端自

6、由,15,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,進(jìn)一步求得：,畫(huà)出 與 的關(guān)系曲線，該曲線與 的交點(diǎn)就是系統(tǒng)固有頻率。,16,7.2扭振振動(dòng)分析的傳遞矩陣法,曲線：,17,1.扭振力學(xué)模型,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：,當(dāng)量扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算：,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振力學(xué)模型,指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)中與曲軸不同速旋轉(zhuǎn)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算成與曲軸同速旋轉(zhuǎn)條件下的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。,按彈性變形能相等的原則計(jì)算,18,1.扭振力學(xué)模型,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,19,1.扭振力學(xué)模型,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,20,2.扭振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,21,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,2.扭振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方

7、程,無(wú)外部激勵(lì)情況下。,假定各圓盤(pán)作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則有如下形式的解：,帶入動(dòng)力學(xué)方程得：,有非零解，則特征方程,就是系統(tǒng)的固有圓頻率，其對(duì)應(yīng)的特征矢量就是固有頻率所對(duì)應(yīng)的振型。,22,3.固有頻率與振型分析,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,23,低階振型圖,3.固有頻率與振型分析,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,! ! 由于節(jié)點(diǎn)處振幅最小，而扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大，所以節(jié)點(diǎn)處是危險(xiǎn)截面。,24,3.固有頻率與振型分析,7.3扭振系統(tǒng)模型與分析,1. 傳動(dòng)系統(tǒng)各質(zhì)量間的相對(duì)振幅相差較大，而發(fā)動(dòng)機(jī)各質(zhì)量之間的相對(duì)振幅近似相等。,結(jié)論,2. 單、雙、三節(jié)點(diǎn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)位于傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)曲軸系統(tǒng)危害較小。為改善車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)低頻

8、扭振特性，盡可能減小傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振幅值及扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力值。,3. 改善發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭轉(zhuǎn)減震器性能和曲軸扭振系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)參數(shù)可減少發(fā)動(dòng)機(jī)高頻振動(dòng)的影響。,25,增加各階可能產(chǎn)生共振的扭振模態(tài)的阻尼，以有效地降低共振振幅。,26,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的減振措施主要有以下兩類：,1.調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)本身的固有頻率,7.4動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的減振措施,改變遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；,改變傳動(dòng)系統(tǒng)某些軸段的扭轉(zhuǎn)剛度，如采用扭轉(zhuǎn)剛度較小的彈性聯(lián)軸器。,2.提高系統(tǒng)阻尼以衰減傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng),采用液力耦合器或液力變矩器消除傳動(dòng)系統(tǒng)扭振；,傳統(tǒng)的機(jī)械離合器，需要其他輔助裝置來(lái)增加阻尼。,27,通常在離合器中安裝扭轉(zhuǎn)減振器，降低離合器與變速器之間的扭轉(zhuǎn)剛度，并提高系統(tǒng)阻尼。,7