汽車振動問題研究分析

劉劭航

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，制造技術(shù)的不斷提高，汽車振動問題得到了明顯改善。但是，對于從事汽車專業(yè)工作的人來說，汽車振動仍然是個(gè)難以忍受的大問題，它嚴(yán)重影響到了正常的工作效率以及個(gè)人的身心健康。本文以汽車振動問題為切入點(diǎn)，選取汽車振動源作為研究對象，分析汽車振動問題的主要原因，總結(jié)汽車振動問題的優(yōu)化方案及改善措施。

關(guān)鍵詞：汽車 振動問題 振源 優(yōu)化改善

Abstract：With the continuous development of society and the continuous improvement of manufacturing technology， the problem of vehicle vibration has been significantly improved. However， for people engaged in automotive professional work， car vibration is still a big and unbearable problem， which seriously affects normal work efficiency and personal physical and mental health. This article takes the automobile vibration problem as the breakthrough point， selects the automobile vibration source as the research object， analyzes the main reasons of the automobile vibration problem， and summarizes the optimization plan and improvement measures of the automobile vibration problem.

Key words：automobile， vibration problem， vibration source， optimization and improvement

1 汽車振動的一般分析

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，各種機(jī)械結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，所以存在的振動問題也極其復(fù)雜，這給振動相關(guān)問題的研究分析帶來了很大的困難。所以，需要把振動簡化成為簡單的力學(xué)模型來研究，這種模型就是一種典型的機(jī)械系統(tǒng)，它是由許多個(gè)彈性的和非彈性的質(zhì)量元件所組成的系統(tǒng)，即彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，彈簧可以用來表示彈性的組件，它被迫伸長或者縮短時(shí)所加載的力可以用彈簧的相關(guān)關(guān)系表示出來。在汽車的振動研究過程中，可以把它的機(jī)身、前橋和后橋當(dāng)做質(zhì)量，同時(shí)彈性部分用輪胎來表示，將振動傳播過程中的各種減振設(shè)計(jì)當(dāng)成彈簧阻尼，這樣就組合成了一個(gè)可進(jìn)行系統(tǒng)研究的機(jī)械系統(tǒng)。

在構(gòu)建機(jī)械系統(tǒng)的條件下，對于汽車振動問題，一般可以用試驗(yàn)分析或者理論研究的方式來進(jìn)行，它們從不同的角度對汽車振動問題進(jìn)行研究分析，從而達(dá)到解決問題的目的。如果采用接近實(shí)際的試驗(yàn)分析的方法來研究，就要使用各種儀器設(shè)備對具體的汽車進(jìn)行各種性能參數(shù)的測試工作，用測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析從而獲得汽車的固有特性和規(guī)律;如果展開理論研究的話，就需要對各種情況進(jìn)行力學(xué)分析，從而建立相關(guān)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行研究，并且通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算來獲取相對應(yīng)的研究成果。從兩種研究方法來看，它們都有各自的長處和不足，但卻具有很好的互補(bǔ)性，一個(gè)注重理論研究，一個(gè)偏于實(shí)踐操作，兩者相結(jié)合能夠更好的解決存在于汽車振動中的各種難題。

2 汽車振動的振源分析

2.1 汽車行進(jìn)中的振動分析

如果把汽車當(dāng)作一個(gè)完整的系統(tǒng)來研究的話，它本身就像是一個(gè)由彈簧、質(zhì)量元件和阻尼所組成的振動系統(tǒng)。對于這樣一個(gè)系統(tǒng)，由于它是由各種各樣的零部件所組成的，而且它們的固有頻率不相同，所以共振現(xiàn)象無法避免，會導(dǎo)致汽車不同程度的振動。汽車在行進(jìn)的過程中，會經(jīng)過各種不同的路面、會不斷地增速減速甚至改變行進(jìn)方向，從而導(dǎo)致汽車整體的不間斷振動。與此同時(shí)，汽車各個(gè)組成部件之間的接觸面上，不可避免地也會產(chǎn)生間隙振動，有時(shí)候相互之間沖擊劇烈，振動更加明顯易見。

汽車在行進(jìn)過程中的振動無法避免，由于它的存在導(dǎo)致了汽車動力輸出的損耗，而且嚴(yán)重影響了駕駛員的安全駕駛。汽車在行進(jìn)過程中，路面是否平整、凹凸程度對汽車的振動有特別大的影響，是汽車產(chǎn)生振動的主要原因之一。再者，汽車行進(jìn)速度的快慢也決定了振動的大小，速度越快，振動越嚴(yán)重;反之，速度越慢，振動越小。

2.2 汽車怠速時(shí)的振動分析

汽車在怠速狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)沒有動力輸出即處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，汽車的振動和路面行駛已經(jīng)沒有了相互關(guān)聯(lián)。在這種情況下，汽車的振動主要來源于發(fā)動機(jī)有規(guī)律的不間斷振動。在發(fā)動機(jī)振動的帶動下，汽車各個(gè)部分之間的相互沖擊又進(jìn)一步加劇了汽車整體的振動，同時(shí)，汽車的排氣筒排氣時(shí)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時(shí)都會產(chǎn)生振動來共同作用于汽車整體的振動。

與汽車行進(jìn)時(shí)相比，怠速狀態(tài)時(shí)振動要小很多，對汽車的影響相對較小。從整體來看，發(fā)動機(jī)的振動是導(dǎo)致汽車怠速時(shí)機(jī)體振動的主要原因，如果沒有發(fā)動機(jī)的存在，其他的各振動單元對汽車的影響也就無從談起了。

2.3 汽車關(guān)鍵部件的振動分析

汽車作為一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，它是由各種各樣的零部件所組成的，在汽車振動的同時(shí)各個(gè)零部件也在不停的振動，在這些零部件的振動中有一些振動對汽車的整體振動有著很大的影響作用，這些關(guān)鍵部件的振動如下：

（1）發(fā)動機(jī)的振動。在汽車正常行駛的過程中，發(fā)動機(jī)也在正常運(yùn)行，由于它的氣缸內(nèi)氣體壓力處在不平衡狀態(tài)導(dǎo)致曲軸等部件的不平衡運(yùn)動，從而引起整個(gè)發(fā)動機(jī)的振動。如圖1所示，它是一款典型的柴油發(fā)動機(jī)，在它的內(nèi)部存在著氣缸以及曲軸裝置，其中曲軸運(yùn)動是發(fā)動機(jī)振動的主要原因。發(fā)動機(jī)的不間斷振動會引起汽車的整體振動，從而導(dǎo)致汽車上各種零部件的振動，嚴(yán)重影響了汽車的正常工作。由于汽車各部分間是剛性連接，所以發(fā)動機(jī)的振動會通過車架而影響到駕駛員，使其產(chǎn)生身體疲勞、神經(jīng)麻木、反應(yīng)遲鈍等癥狀，從而影響到汽車的安全駕駛，所以要安裝隔離減振裝置來保證汽車的安全駕駛。

（2）傳動軸的振動。傳動軸位于車身的底部，是由中間支撐固定的，它可以補(bǔ)償汽車行駛過程中由于振動引起的相對位移的變化，從而保證傳動軸的正常工作。傳動軸一端與發(fā)動機(jī)連接，另一端與行走系統(tǒng)相連接，發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的振動會傳遞到傳動軸上，使傳動軸不斷的振動并引起固定裝置的振動。當(dāng)傳動軸的振動頻率達(dá)到固定裝置的固有頻率時(shí)，還能夠引起共振從而加劇它的振動。

（3）風(fēng)扇的振動。汽車在行駛過程中，發(fā)動機(jī)內(nèi)燃料的燃燒會產(chǎn)生大量的熱量，高溫條件下，汽車各零部件就會產(chǎn)生變形甚至影響發(fā)動機(jī)的功率輸出。為此，在發(fā)動機(jī)前端安裝了風(fēng)扇來散熱以確保發(fā)動機(jī)的正常工作。風(fēng)扇在運(yùn)行中，由于葉片的磨損、轉(zhuǎn)軸間隙的增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動的不平衡性，使風(fēng)扇會有較大的振動，并且轉(zhuǎn)速越快時(shí)所產(chǎn)生的振動就會越大。由于汽車機(jī)體大部分是剛性連接，所以也會導(dǎo)致整車的振動。

（4）制動系統(tǒng)的振動。汽車在正常停車過程中，就會使用制動系統(tǒng)來剎車。由于制動過程中，汽車存在著慣性作用而繼續(xù)向前運(yùn)動，導(dǎo)致輪胎與地面之間形成很大的摩擦力，汽車整體就會有向前傾斜的趨勢，導(dǎo)致汽車的前后橋之間嚴(yán)重的受力不均衡，從而引起汽車嚴(yán)重的振動。

3 汽車振動的改善措施

對于汽車振動問題，可以從振動源頭和傳播途徑入手。振動源頭一般都是汽車的工作振動，可以研究最佳的工作動力從而降低振動的強(qiáng)度;從傳播途徑來看，可以對振動源頭進(jìn)行隔離處理或者在傳播過程中設(shè)置多重阻尼來降低振動的影響。總體上看，汽車振動的改善措施主要有：減弱或者消除振動源的振動，避免共振，降低振動的傳遞效率，限制接觸振動的時(shí)間，也可以對單個(gè)個(gè)體進(jìn)行防護(hù)。

（1）在生產(chǎn)制造階段，通過改良生產(chǎn)工藝，盡量減少會產(chǎn)生振動的生產(chǎn)工藝過程，如發(fā)動機(jī)、風(fēng)扇、傳動系統(tǒng)等等。如果提高了制造技術(shù)，各個(gè)零部件之間的配合就會更加的緊密，間隙減小或消除了，振動就會相應(yīng)的降低。

（2）避免共振。汽車振動過程中，當(dāng)振動頻率無限接近或者等于所對應(yīng)的設(shè)備本身所具有的固有頻率時(shí)，振動就會急劇增加，遠(yuǎn)超于平均的振動強(qiáng)度。所以，要盡量的預(yù)防共振的產(chǎn)生。

（3）降低振動的傳遞效率。在振源和駕駛員之間存在著一段傳遞路徑，控制了傳遞路徑就可以間接減小振動的影響。比如，改善汽車座椅的減震設(shè)計(jì)，對汽車各部分盡量使用彈性連接，加裝彈簧、海綿墊等減震設(shè)備，盡可能的阻斷和隔離振動，提高減振效果，改善駕駛員的工作環(huán)境。

（4）振動對駕駛員的危害特別大，長時(shí)間的處于振動的環(huán)境之中，駕駛員就會出現(xiàn)疲勞甚至惡心嘔吐的癥狀。因此，要合理調(diào)節(jié)駕駛員的工作時(shí)間，避免駕駛員長時(shí)間的處在高強(qiáng)度的振動環(huán)境之中，影響工作效率甚至危及生命的安全。

（5）如果避免不了振動的工作環(huán)境，那么就要對自己做好防護(hù)措施。譬如，在工作期間佩戴減振手套，在座椅上加裝海綿坐墊，方向盤上加裝防護(hù)套等，通過這些防護(hù)措施來保障自己的身心健康。

4 總結(jié)

汽車振動問題是整車開發(fā)中一個(gè)重要組成部分，本文通過對振動源進(jìn)行研究分析，從而找到汽車上各個(gè)區(qū)域振動強(qiáng)度的大小以及隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車速度的變化而變化的一般規(guī)律。利用這些振動規(guī)律，我們就可以針對這些振動特性來采取相應(yīng)的措施以便能夠減小振動對整車性能的影響，從而提高整車性能的開發(fā)水平。