汽车动力传动及转向系统振动584学时

第第 4 4 章章 汽车动力传动及转向系统汽车动力传动及转向系统 振动振动4.1 振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法4.2 汽车动力传动系统振动汽车动力传动系统振动4.3 汽车转向系统振动汽车转向系统振动4.4 制动时汽车的振动制动时汽车的振动1本章有个实验72振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法4.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法 何为传递矩阵法？何为传递矩阵法？将有链状或者轴状特点的实际结构，离散成具有集将有链状或者轴状特点的实际结构，离散成具有集中广义质量和刚度元素的串联在一起的弹簧质量中广义质量和刚度元素的串联在一起的弹簧质量的单元链系统。的单元链系统。3多圆盘轴系统的扭振分析：由多圆盘轴系统的扭振分析：由无质量的轴无质量的轴和和有质量的圆盘有质量的圆盘组成。组成。4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法4取其中第取其中第i段进行分析：段进行分析：1）无质量轴状态量：）无质量轴状态量：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法场传递矩阵场传递矩阵：5取其中第取其中第i段进行分析：段进行分析：2）质量点）质量点Ji状态量：状态量：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法点传递矩阵点传递矩阵：64.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法点传递矩阵点传递矩阵：场传递矩阵场传递矩阵：74.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法递推算法递推算法：84.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法边界条件边界条件：特征方程特征方程：此特征方程此特征方程关于固有频率的关于固有频率的N次代数方次代数方程，有程，有N个解。个解。9例例 4-1 4-1 求三圆盘扭振系统的固有频率和求三圆盘扭振系统的固有频率和扭振模态。扭振模态。N=3，两端自由：，两端自由：J1圆盘，令圆盘，令解：解：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法10圆盘圆盘J2：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法11圆盘圆盘J3：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法12给定一组给定一组 ，求出，求出 与与 的关系曲线：的关系曲线：得到：得到：4.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法134.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法得到得到3阶扭振模态：阶扭振模态：144.1.1 扭转振动分析的传递矩阵法扭转振动分析的传递矩阵法扭振模态图扭振模态图15Matlab分析计算请用Matlab实现书上例题4-1的计算过程，并且画出如图的a）b）两图！请同学们实验前先写好程序，然后到实验室实现！最后两次实验要演示计分。请同学们现在开始考虑大作业并按期完成！18周实验7：例题4-1matlab分析计算164.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法汽车动力输出轴系统，离散为汽车动力输出轴系统，离散为无质量的梁无质量的梁上上带有若干带有若干集中质量集中质量的横向振动系统。的横向振动系统。174.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法取出第取出第i个单元（梁段和集中质量）：个单元（梁段和集中质量）：梁的梁的横向位移（挠度）、截面转角、弯矩横向位移（挠度）、截面转角、弯矩和和剪力。剪力。184.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法点传递矩阵点传递矩阵(质量块质量块)：194.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法场传递矩阵场传递矩阵(无质量梁无质量梁)：204.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法合并两者得单元体传递矩阵：合并两者得单元体传递矩阵：214.1.2 弯曲振动分析的传递矩阵法弯曲振动分析的传递矩阵法递推得到梁最左边递推得到梁最左边0与最右边与最右边N的关系矩阵：的关系矩阵：最后根据边界条件求出各阶固有频率和模态最后根据边界条件求出各阶固有频率和模态振型。振型。22第第 4 4 章章 汽车动力传动及转向系统汽车动力传动及转向系统 振动振动4.1 振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法4.2 汽车动力传动系统振动汽车动力传动系统振动4.3 汽车转向系统振动汽车转向系统振动4.4 制动时汽车的振动制动时汽车的振动234.2 汽车动力传动系统振动汽车动力传动系统振动4.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动4.2.2 汽车动力传动系统弯曲振动汽车动力传动系统弯曲振动244.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动1.汽车动力传动系扭转振动的当量系统汽车动力传动系扭转振动的当量系统2.将实际曲轴和齿轮及齿轮轴等按照设计将实际曲轴和齿轮及齿轮轴等按照设计构成，根据构成，根据等效原则等效原则简化成链状轴系计算简化成链状轴系计算分析模型。分析模型。3.等效原则：简化前后系统各部件关于弹等效原则：简化前后系统各部件关于弹性扭转的动能和势能不变。性扭转的动能和势能不变。4.运动质量用刚性圆盘（运动质量用刚性圆盘（有惯量无弹性有惯量无弹性）代替，轴段（代替，轴段（有弹性无惯量有弹性无惯量）的惯量转化）的惯量转化到相邻圆盘上。到相邻圆盘上。254.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动264.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动2.确定等效圆盘的转动惯量确定等效圆盘的转动惯量J，等效轴扭转弹，等效轴扭转弹性系数性系数k的获取方法：的获取方法：理论力学公式、计算理论力学公式、计算机软件计算和试验测量机软件计算和试验测量。3.扭振运动微分方程：扭振运动微分方程：274.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动4.激励力矩：激励力矩：5.1）气缸内燃料点火燃气爆发压力产生）气缸内燃料点火燃气爆发压力产生的干扰力矩；的干扰力矩；6.2）曲柄连杆机构质量及惯性力产生的）曲柄连杆机构质量及惯性力产生的干扰力矩；干扰力矩；7.3）功率负载部件所吸收的转矩不是定）功率负载部件所吸收的转矩不是定值而产生的干扰力矩；值而产生的干扰力矩；8.9.284.2.1 汽车动力传动系统扭转振动汽车动力传动系统扭转振动5.临界频率和临界转速：临界频率和临界转速：1）干扰力矩的频率与扭振系统本身的某一）干扰力矩的频率与扭振系统本身的某一阶固有频率相同，会引起共振；阶固有频率相同，会引起共振；2）临界转速谱；）临界转速谱；294.2.2 汽车动力传动系统弯曲振动汽车动力传动系统弯曲振动1.汽车动力传动系弯曲振动模型：汽车动力传动系弯曲振动模型：10自由度304.2.2 汽车动力传动系统弯曲振动汽车动力传动系统弯曲振动2.振型和固有频率：振型和固有频率：314.2.2 汽车动力传动系统弯曲振动汽车动力传动系统弯曲振动3.产生弯曲振动的激振源：产生弯曲振动的激振源：传动轴不平衡产生的惯性力；传动轴不平衡产生的惯性力；发动机往复质量产生的惯性力；发动机往复质量产生的惯性力；万向节的安装角产生的力；万向节的安装角产生的力；32第第 4 4 章章 汽车动力传动及转向系统汽车动力传动及转向系统 振动振动4.1 振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法4.2 汽车动力传动系统振动汽车动力传动系统振动4.3 汽车转向系统振动汽车转向系统振动4.4 制动时汽车的振动制动时汽车的振动334.3 汽车转向系统振动汽车转向系统振动4.3.1 汽车前轮及前桥的振动汽车前轮及前桥的振动4.3.2 前轮摆振的影响因素前轮摆振的影响因素344.3.1 汽车前轮及前桥的振动汽车前轮及前桥的振动1.前轮摆振：转向轮绕主销的左右摆动和车轮前轮摆振：转向轮绕主销的左右摆动和车轮上下跳动。主要由上下跳动。主要由3个方向的振动合成：个方向的振动合成：横向振动：悬架和轮胎的横向弹性横向振动：悬架和轮胎的横向弹性 前轮绕主销的角振动前轮绕主销的角振动 354.3.1 汽车前轮及前桥的振动汽车前轮及前桥的振动 前桥绕汽车纵轴线的角振动前桥绕汽车纵轴线的角振动364.3.2 前轮摆振的影响因素前轮摆振的影响因素1）车轮不平衡的影响车轮不平衡的影响374.3.2 前轮摆振的影响因素前轮摆振的影响因素1）车轮不平衡的影响车轮不平衡的影响384.3.2 前轮摆振的影响因素前轮摆振的影响因素2）车轮陀螺效应的影响车轮陀螺效应的影响3）路面不平度路面不平度4）悬架与转向机构运动不协调）悬架与转向机构运动不协调39Matlab仿真试验参考pdf文献：基于多自由度模型的汽车主动悬架ASS与电子助力转向EPS集成控制研究建模方法，输出如图4-7.40第第 4 4 章章 汽车动力传动及转向系统汽车动力传动及转向系统 振动振动4.1 振动分析的传递矩阵法振动分析的传递矩阵法4.2 汽车动力传动系统振动汽车动力传动系统振动4.3 汽车转向系统振动汽车转向系统振动4.4 制动时汽车的振动制动时汽车的振动414.4 制动时汽车的振动制动时汽车的振动4.4.1 汽车制动动力学模型汽车制动动力学模型4.4.2 汽车制动动力学简化模型求解汽车制动动力学简化模型求解4.4.3 制动的一些因素对汽车振动的影响制动的一些因素对汽车振动的影响424344滑动滑动(移移)率率 S：车轮纯滚动时：车轮纯滚动时：车轮纯滚动时：车轮纯滚动时：车轮纯滑动时：车轮纯滑动时：车轮纯滑动时：车轮纯滑动时：车轮边滑动边滚动车轮边滑动边滚动车轮边滑动边滚动车轮边滑动边滚动时：时：时：时：S-最佳滑动率最佳滑动率 45三自由度力学模型：三自由度力学模型：行驶方向位移行驶方向位移x、质心垂、质心垂直方向的位移直方向的位移z和和绕质心横轴的仰俯角绕质心横轴的仰俯角 。4.4.1 汽车制动动力学模型（车轮抱死）汽车制动动力学模型（车轮抱死）464.4.1 4.4.1 汽车制动动力学模型（车轮抱死）汽车制动动力学模型（车轮抱死）参数意义：参数意义：47三自由度力学模型推导过程：三自由度力学模型推导过程：484.4.1 4.4.1 汽车制动动力学模型（汽车制动动力学模型（力学解耦力学解耦）494.4.1 4.4.1 汽车制动动力学模型（车轮抱死）汽车制动动力学模型（车轮抱死）轮胎受力：轮胎受力：50车身垂向力：车身垂向力：得到质心垂直方向的动力学方程得到质心垂直方向的动力学方程514.4.1 4.4.1 汽车制动动力学模型（车轮抱死）汽车制动动力学模型（车轮抱死）质心力矩：质心力矩：绕质心横轴绕质心横轴转动动力学转动动力学方程方程？根据各个力对质心根据各个力对质心C处的力矩推导：处的力矩推导：52绕质心横轴转动动力学方程绕质心横轴转动动力学方程:质心垂直方向动力学方程质心垂直方向动力学方程:行使方向动力学方程行使方向动力学方程:53模型简化：模型简化：4.4.2 汽车制动动力学简化模型求解汽车制动动力学简化模型求解质心垂向振动频率质心垂向振动频率质心垂向振动频率质心垂向振动频率绕质心横轴旋转绕质心横轴旋转绕质心横轴旋转绕质心横轴旋转振动角频率振动角频率振动角频率振动角频率54三自由度模型简化为：三自由度模型简化为：4.4.2 汽车制动动力学简化模型求解汽车制动动力学简化模型求解554.4.2 汽车制动动力学简化模型求解汽车制动动力学简化模型求解推导中简化因素有：推导中简化因素有：1）制动时车轮瞬时被抱死；）制动时车轮瞬时被抱死；2）前后轮附着系数相等，且为常数；）前后轮附着系数相等，且为常数；3）制动力矩为常数；）制动力矩为常数；4）质量分配系数为）质量分配系数为1；5）不考虑阻尼；）不考虑阻尼；56主要因素有：主要因素有：1）前后轮附着系数不为常数；）前后轮附着系数不为常数；4.4.3 制动的一些因素对汽车振动的影响制动的一些因素对汽车振动的影响57 2）法向支反力受车辆运动状态的影响；）法向支反力受车辆运动状态的影响；3）制动器本身振动的影响；）制动器本身振动的影响；4）制动失稳的影响；）制动失稳的影响；4.4.3 制动的一些因素对汽车振动的影响制动的一些因素对汽车振动的影响5859