汽車振動問題研究分析

劉劭航

摘 要：隨著社會的不斷發展，制造技術的不斷提高，汽車振動問題得到了明顯改善。但是，對于從事汽車專業工作的人來說，汽車振動仍然是個難以忍受的大問題，它嚴重影響到了正常的工作效率以及個人的身心健康。本文以汽車振動問題為切入點，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，總結汽車振動問題的優化方案及改善措施。

關鍵詞：汽車 振動問題 振源 優化改善

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

在實際生產過程中，各種機械結構是非常復雜的，所以存在的振動問題也極其復雜，這給振動相關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模型來研究，這種模型就是一種典型的機械系統，它是由許多個彈性的和非彈性的質量元件所組成的系統，即彈簧質量系統。在該系統中，彈簧可以用來表示彈性的組件，它被迫伸長或者縮短時所加載的力可以用彈簧的相關關系表示出來。在汽車的振動研究過程中，可以把它的機身、前橋和后橋當做質量，同時彈性部分用輪胎來表示，將振動傳播過程中的各種減振設計當成彈簧阻尼，這樣就組合成了一個可進行系統研究的機械系統。

在構建機械系統的條件下，對于汽車振動問題，一般可以用試驗分析或者理論研究的方式來進行，它們從不同的角度對汽車振動問題進行研究分析，從而達到解決問題的目的。如果采用接近實際的試驗分析的方法來研究，就要使用各種儀器設備對具體的汽車進行各種性能參數的測試工作，用測定的數據進行研究分析從而獲得汽車的固有特性和規律;如果展開理論研究的話，就需要對各種情況進行力學分析，從而建立相關的力學和數學模型來進行研究，并且通過計算機系統進行各種數學運算來獲取相對應的研究成果。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性，一個注重理論研究，一個偏于實踐操作，兩者相結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 汽車行進中的振動分析

如果把汽車當作一個完整的系統來研究的話，它本身就像是一個由彈簧、質量元件和阻尼所組成的振動系統。對于這樣一個系統，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，所以共振現象無法避免，會導致汽車不同程度的振動。汽車在行進的過程中，會經過各種不同的路面、會不斷地增速減速甚至改變行進方向，從而導致汽車整體的不間斷振動。與此同時，汽車各個組成部件之間的接觸面上，不可避免地也會產生間隙振動，有時候相互之間沖擊劇烈，振動更加明顯易見。

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

2.2 汽車怠速時的振動分析

汽車在怠速狀態時，發動機沒有動力輸出即處于空轉狀態，汽車的振動和路面行駛已經沒有了相互關聯。在這種情況下，汽車的振動主要來源于發動機有規律的不間斷振動。在發動機振動的帶動下，汽車各個部分之間的相互沖擊又進一步加劇了汽車整體的振動，同時，汽車的排氣筒排氣時、風扇轉動時都會產生振動來共同作用于汽車整體的振動。

與汽車行進時相比，怠速狀態時振動要小很多，對汽車的影響相對較小。從整體來看，發動機的振動是導致汽車怠速時機體振動的主要原因，如果沒有發動機的存在，其他的各振動單元對汽車的影響也就無從談起了。

2.3 汽車關鍵部件的振動分析

汽車作為一個獨立的工作系統，它是由各種各樣的零部件所組成的，在汽車振動的同時各個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，這些關鍵部件的振動如下：

（1）發動機的振動。在汽車正常行駛的過程中，發動機也在正常運行，由于它的氣缸內氣體壓力處在不平衡狀態導致曲軸等部件的不平衡運動，從而引起整個發動機的振動。如圖1所示，它是一款典型的柴油發動機，在它的內部存在著氣缸以及曲軸裝置，其中曲軸運動是發動機振動的主要原因。發動機的不間斷振動會引起汽車的整體振動，從而導致汽車上各種零部件的振動，嚴重影響了汽車的正常工作。由于汽車各部分間是剛性連接，所以發動機的振動會通過車架而影響到駕駛員，使其產生身體疲勞、神經麻木、反應遲鈍等癥狀，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。傳動軸一端與發動機連接，另一端與行走系統相連接，發動機的曲軸轉動過程中產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。當傳動軸的振動頻率達到固定裝置的固有頻率時，還能夠引起共振從而加劇它的振動。

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

（4）制動系統的振動。汽車在正常停車過程中，就會使用制動系統來剎車。由于制動過程中，汽車存在著慣性作用而繼續向前運動，導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，導致汽車的前后橋之間嚴重的受力不均衡，從而引起汽車嚴重的振動。

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度;從傳播途徑來看，可以對振動源頭進行隔離處理或者在傳播過程中設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，限制接觸振動的時間，也可以對單個個體進行防護。

（1）在生產制造階段，通過改良生產工藝，盡量減少會產生振動的生產工藝過程，如發動機、風扇、傳動系統等等。如果提高了制造技術，各個零部件之間的配合就會更加的緊密，間隙減小或消除了，振動就會相應的降低。

（2）避免共振。汽車振動過程中，當振動頻率無限接近或者等于所對應的設備本身所具有的固有頻率時，振動就會急劇增加，遠超于平均的振動強度。所以，要盡量的預防共振的產生。

（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計，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境。

（4）振動對駕駛員的危害特別大，長時間的處于振動的環境之中，駕駛員就會出現疲勞甚至惡心嘔吐的癥狀。因此，要合理調節駕駛員的工作時間，避免駕駛員長時間的處在高強度的振動環境之中，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境，那么就要對自己做好防護措施。譬如，在工作期間佩戴減振手套，在座椅上加裝海綿坐墊，方向盤上加裝防護套等，通過這些防護措施來保障自己的身心健康。

4 總結

汽車振動問題是整車開發中一個重要組成部分，本文通過對振動源進行研究分析，從而找到汽車上各個區域振動強度的大小以及隨著發動機轉速和汽車速度的變化而變化的一般規律。利用這些振動規律，我們就可以針對這些振動特性來采取相應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水平。