振动,对于人们来说是最熟悉不过的。振动有很多种,从钟摆的振动到电子振动器、乐器振动、铁路振动、水晶振动器、无线电波等,声音也是由振动产生的。人们利用振动的原理发明、设计了种种科技产品来为人类服务,但本文所讨论的振动是通过人的触觉感受到的振动,它在汽车上是百害而无一利的。
在车辆起步、车速变化、制动、转向及车辆行驶时,我们都会感受到不同种类和不同程度的振动,这使得汽车的舒适性大大降低。为此,人们想方设法寻求汽车上的应“振”之策。
振动有三要素,即频率、振幅和波形。频率就是每秒钟振动的次数,它表示振动的速度,频率越高,振动得越快。振幅就是振动的大小,振幅越大,振动就越大。每种振动都有它的波形,波形取决于振动系统的部件材料和激振力等。
一、振动的分类
1.按激振力分类
按引起振动的激振力来分类,振动可以分为自由振动和强迫振动。
1)自由振动
当短暂的冲击作用到由弹簧和质量构成的振动系统上时,系统会以一定的频率振动,称为自由振动,振动的频率由质量的大小和弹簧的强度决定,由这种振动系统确定的频率称为固有频率。
当静止的物体振动时,其频率是变化的,当频率达到一定值时,振动加剧,这个频率就是固有频率。一个物体不是只有一个特定的固有频率,而是有很多个。每个汽车部件都有自己的固有频率,装配在一起后则产生一个新的固有频率。
冲击的强度只影响振幅。弹簧的强度用缩短1mm 所需的力来表示,它的单位是“N/mm”,弹簧的强度称为“弹簧常数”。
自由振动又分为间谐运动和衰减自由振动 2 类。
①间谐运动:钟摆振动和弹簧运动都是间谐运动的例子。当有重物悬挂在弹簧上时,质量移动到与弹簧弹性平衡的位置后停止,当重复运动时,间谐运动开始。
②衰减自由振动:在日常生活中有很多间谐运动,但实际振动的振幅会由于空气阻力或摩擦力而逐渐减小,称为衰减自由振动。在汽车上,一般通过减振器和橡胶隔振块来调节阻尼率。
2)强迫振动
当周期变化的冲击持续作用在振动系统上时,系统保持与冲击相同的频率,称为强迫振动。在汽车上,发动机与驱动系统以及轮胎扭矩就是强迫振动。
我们知道,固有频率与强迫振动的冲击频率相同时就会发生共振。当振动的频率与固有频率一致时,振幅增大,称为共振频率。秋千是一个很好的例子,它就是一个共振运动。
在汽车上,共振是最危险的敌人,当振动频率达到共振频率时,振动会突然变得很大。在车辆行驶中,这种振动会产生大问题,因此要用阻尼器来吸收共振。
阻尼器是一个缓冲系统,有时也叫减振器或空气阻尼器。一些阻尼器用于改变共振频率而不是吸收振动。阻尼器分为质量阻尼器和动力阻尼器2 种。质量阻尼器既增加质量也改变共振频率,质量越大,频率越低,如装在悬架横梁上,可以防止噪音。动力阻尼器由额外的质量和弹簧吸收振动,如用于抑制怠速振动的散热器缓冲垫。