图3简化模型如果用模态能量的概念来表示的话,每个模态都会有一定的能量,用 Eij 表示,i表示模态振型,i=1,2,…,6;j 对应频率,j=1,2,…,6。在某个频率下,所有模态能量之和为该频率下模态总能量用 Ej 表示:Ej=∑Eij。对于这个频率,单个模态能量与总能量的比值表明这个模态能量强弱与解耦程度。表 1 悬置系统模态能量分布百分比
表 1 中,第一行为模态振型,第一列是模态频率。该表表明每个频率下每个振型的能量占的百分比,每行表明在某个频率下各个振型的能量分布,其百分比之和为 100%,每一列表明该振型在各个频率下的能量分布,其百分比之和也为 100%。比如,X 向平动振型在8.3Hz 处的能量占 86.992%,所以 X 向平动的主导频率为 8.3Hz;7.7Hz 时,Z 向平动能量占 96.46%,即 Z 向平动的频率就是 7.7Hz,而且与其他模态几乎完全解耦,解耦度非常高。解耦程度的高低是评价动力装置隔振设计好坏的一个重要指标。隔振设计中的一个目标就是使这六个模态尽量解耦,特别是动力装置绕 X 轴的转动频率。一般来说,如果在某个频率下,一个模态的能量占到 85%以上,那么这个模态与其他模态的解耦程度可以接受。对动力装置绕 X 轴的转动频率要求高些,希望到达 90%以上。动力总成刚体模态的六个频率和解耦度可以用 CAE 软件进行计算,如 Matlab、ADAMS等。动力总成刚体模态的频率也可以通过试验的方法进行测量,测试参考标准为GMW 14762-2005 PT powertrain rigid body modal analysis test procedure。表 2 中为某车型动力总成刚体模态测试结果。表 2 动力总成刚体模态测试结果
3 动力装置绕 X 轴的转动频率发动机气缸内混合气体燃烧爆炸而产生推力,推动活塞运动,进而通过曲柄连杆机构带动曲轴转动。发动机曲轴是绕 X 轴转动的,所以绕 X 轴的转动模态是最易被激励起来的。如果绕 X 轴的转动频率与激励频率接近,那么就会发生共振。激励频率与发动机的转速和阶次有关,发动机在正常工况下的最低怠速转速其对应主要阶次激励频率,动力装置绕 X 轴的转动频率应避开这个频率。根据隔振理论,假设知道这个最低频率,那么动力装置绕 X 轴的转动频率应小于这个频率的 1/√2,其他高阶激励频率也满足整个隔振条件。隔振器要同时满足隔振和防止冲击两个方面的要求,所以其刚度不能太硬也不能太软,一般激励频率和动力装置绕 X 轴的转动频率之比设计在 2~3 之间。总之,为了评价动力装置的隔振效果,需要考虑隔振器的传递率、动力装置刚体结构的模态解耦程度和动力装置绕X轴的转动频率等指标。这些指标可以通过实验测试和有限元计算等方法进行评估,并且需要根据系统的特性和要求来调节相关参数。 来源:汽车NVH云讲堂