動(dòng)力吸振器是指利用共振系統(tǒng)吸收物體的振動(dòng)能量以減小物體本體振動(dòng)的一種裝置。其原理是在振動(dòng)物體上附加質(zhì)量彈簧共振系統(tǒng)，這種附加系統(tǒng)在共振時(shí)產(chǎn)生的反作用力可使振動(dòng)物體的振動(dòng)減小。

一、基礎(chǔ)知識(shí)

      動(dòng)力吸振器的共振頻率，要設(shè)計(jì)成使主系統(tǒng)的振動(dòng)等于零。則動(dòng)力吸振器的固有頻率要設(shè)計(jì)成等于需要吸收的激發(fā)頻率，即將主系統(tǒng)的頻率通過動(dòng)力吸振器進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在動(dòng)力吸振器的設(shè)計(jì)中，方法很多，可以采用理論計(jì)算，也可采用有限元方法，或根據(jù)實(shí)車測(cè)試結(jié)果進(jìn)行調(diào)教匹配。

        本期我們基于機(jī)械振動(dòng)理論，采用有限元方法進(jìn)行動(dòng)力吸振器的設(shè)計(jì)計(jì)算，該方法在解決實(shí)際工程問題中，準(zhǔn)確有效，且響應(yīng)快等特點(diǎn)。

  1、動(dòng)力吸振器相關(guān)理論基礎(chǔ)

任何振動(dòng)都可以分解成單自由度或多自由度系統(tǒng)進(jìn)行求解，且有些系統(tǒng)分解成單自由度，更容易解答。如以傳動(dòng)軸為例，進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算，傳動(dòng)軸的一階彎曲模態(tài)對(duì)整車NVH性能有著非常重要意義，在實(shí)車調(diào)教中通常調(diào)整傳動(dòng)軸模態(tài)以改善NVH性能。我們將傳動(dòng)軸簡(jiǎn)化成以下單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。

圖1 傳動(dòng)軸模型

圖2 傳動(dòng)軸簡(jiǎn)化振動(dòng)系統(tǒng)

2、傳動(dòng)軸模態(tài)頻率計(jì)算。通過建立傳動(dòng)軸振動(dòng)方程，進(jìn)行求解，可以得到該系統(tǒng)的一階頻率為：

二、傳動(dòng)軸模態(tài)計(jì)算

      通過建立有限元模型并進(jìn)行計(jì)算，可以得到該傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)頻率為150Hz。從振型圖可以看出傳動(dòng)軸最大振幅位于中部，為減少傳動(dòng)軸振動(dòng)，或避開150Hz，在結(jié)構(gòu)和布置等限制條件下，我們可以通過設(shè)計(jì)動(dòng)力吸振器避開需要解決的頻率150Hz。

圖3 傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)

三、傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)

      采用有限元方法，我們將在傳動(dòng)軸模型上增加一個(gè)質(zhì)量彈簧振動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型如下圖所示。

圖4 傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器振動(dòng)系統(tǒng)

1、動(dòng)力吸振器質(zhì)量求解。在有限元方法中，我們將模態(tài)特征值求解方法由質(zhì)量歸一改為位移歸一法，即可求解出傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)頻率150Hz下的模態(tài)質(zhì)量。

       如本案例可計(jì)算得到150Hz模態(tài)質(zhì)量為1.6Kg，根據(jù)振動(dòng)理論，一般動(dòng)力吸振器的質(zhì)量約為0.1-0.3倍的模態(tài)質(zhì)量，本文取0.2，即動(dòng)力吸振器質(zhì)量為0.32kg，由f=1/2*pi(√k/m)可以計(jì)算出剛度k=284N/mm，即傳動(dòng)軸150Hz下的動(dòng)力吸振器m=0.32kg，k=284N/mm，位置為傳動(dòng)軸中部。

2、傳動(dòng)軸+動(dòng)力吸振器計(jì)算如下。圖文說明，左上圖為傳動(dòng)軸基礎(chǔ)結(jié)果150Hz，主振型為傳動(dòng)軸本體，右上圖為動(dòng)力吸振器和傳動(dòng)軸的振型，頻率為114Hz，左下圖為動(dòng)力吸振器為主的振型，頻率為150Hz，右下圖為動(dòng)動(dòng)力吸振器和傳動(dòng)軸的振型，頻率為195Hz，從分析結(jié)果可以看出原先的150Hz傳動(dòng)軸彎曲模態(tài)變?yōu)閯?dòng)力吸振器模態(tài)，即動(dòng)力吸振器吸收了傳動(dòng)軸振動(dòng)。亦即回到開文所講的動(dòng)力吸振器是在振動(dòng)物體上附加質(zhì)量彈簧共振系統(tǒng)，這種附加系統(tǒng)在共振時(shí)產(chǎn)生的反作用力可使振動(dòng)物體的振動(dòng)減小。

圖5 傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器模態(tài)結(jié)果

表1 傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器結(jié)果列表

四、小結(jié)

      采用有限元方法進(jìn)行傳動(dòng)軸動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)，高效且準(zhǔn)確，為實(shí)車調(diào)教提供了理論依據(jù)。此方法整車NVH開發(fā)中具有十分重要的作用和意義，如在噪聲傳遞函數(shù)或整車路噪等優(yōu)化中，有時(shí)可以準(zhǔn)確定位且效果非常明顯，在底盤件或動(dòng)總調(diào)教其地位尤為突出。