罗美菊

（柳州市交通学校，广西柳州545007）

某型车辆共振原因分析及解决措施

罗美菊

（柳州市交通学校，广西柳州545007）

汽车共振会影响汽车行驶的稳定性，引起某些零部件的早期疲劳损坏，降低汽车的使用寿命，关系到汽车的耐久性和安全性。通过对汽车共振原因进行分析，以解决某型车辆共振问题为主线，采用试验排除法寻找共振源，分析和验证问题产生的原因，通过实践研究解决共振问题，具有实际意义。

共振；受迫振动；固有频率；激振源

汽车平顺性与舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合性指标，它给汽车用户的感受是最直接的。当汽车达到某个速度时产生的共振现象会导致汽车的平顺性变差，甚至引起某些零部件的早期疲劳损坏，降低汽车的使用寿命，影响到汽车的耐久性和安全性［1］。下面以某车型共振问题进行分析与实践，通过改变零件性能来解决共振问题。

1　振动、共振与动不平衡

振动：振动是指系统在某一平衡位置附近所作的往复运动。

受迫振动：系统在外力作用下（通常是重复性的力）所作的振动称为受迫振动［2］。

振动频率：单位时间内完成的运动循环数叫做振动频率，或简称为频率，用f表示。

共振：共振是因为激励频率与系统的某阶固有频率相同或相接近时产生的共振现象，比其他频率以更大的振幅做振动的情形。外力的频率与系统的固有频率之一一致，系统就会发生共振［2］，即系统的振动幅度将会非常大。共振的特性：

（1）减速消失。

（2）出现在某一时速，不随挡位变化而变化。

（3）发生在某一时速区域，高于或低于该区域，振动均消失。

动不平衡是具有一定转速的转动件，由于材料组织不均匀，零件外形的误差、装配误差以及结构形状局部不对称等原因，使通过转子重心的主惯性和旋转轴线不相重合，旋转时转子产生不平衡离心力，造成振动的现象。动不平衡的特性：与负荷无关，与转速有关。发生动不平衡时，速度越高，动不平衡越明显，离心力越大。

2　故障现象

某型车辆后驱动，传动轴装配中间轴承，配置2.0T发动机，六速手动变速器，车辆在110～120 km/h时车身出现共振现象，超过120 km/h行驶振动减弱，达到125 km/h时行驶振动完全消失。

2.1汽车共振原因分析

（1）共振条件

物体做受迫振动的频率与物体本身无关，由驱动力的频率决定，且等于驱动力频率。汽车行驶时，振动现象的出现，是因为有振源，通过振源进行传播。汽车是由多个零件组成的复合物体，把汽车作为一个系统来研究，汽车本身就是一个具有质量、弹簧和阻尼的振动系统，各部分的结构、特性决定了它的固有频率［1］。汽车共振是受迫振动的特例，受迫振动的激振源一般分为两类——路面不平度和车上的振源。车上的振源来自包括轮胎/车轮总成、传动系统和发动机等旋转部件［3］。共振产生的条件是物体做受迫振动的频率f迫等于驱动力的频率f驱，而当驱动力的频率f驱与汽车系统的某一阶固有频率f固相等或接近时，出现共振现象。振幅A与驱动力频率f驱、振动物体的固有频率f固之间的关系如共振曲线图1所示，当驱动力的频率不论从小于f固的方向增大而接近f固还是从大于f固的方向减小而接近f固，受迫振动的振幅会迅速增大而出现共振现象，当f迫=f驱=f固时，振幅A最大。汽车共振会影响乘坐舒适性，使汽车的操纵稳定性变差，还会产生噪声，增加能量损耗，甚至使零件结构出现疲劳破坏，影响使用寿命。因此，消除汽车共振问题具有重要的实际意义。

图1　共振曲线图

（2）固有频率

频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。根据固有振动频率公式（1）可知，振动频率与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），质量m、刚度系数K的变化都会引起系统固有频率的改变。在大多数情况下，激励的频率是无法控制的，因此，我们必须重点研究控制系统的固有频率，以避免共振［2］。

式中，

f为固有频率；

T为周期；

K为物体（刚度）系数；

m为物体质量。

2.2消除共振的途径

（1）通过降低激振源，减小从设备某一部分传递到其他部分的激振力，减少对共振的影响。

（2）通过控制系统的固有频率，错开共振频率区域。根据固有频率公式，质量m或者刚度K的变化都会引起系统固有频率的改变，通过改变物体（零件）性能（如质量、刚度等），来改变物体的固有频率，达到解决共振问题的目的。

（3）可附加平衡质量和吸振器，降低系统的响应［2］。

3　分析共振现象排查原因

该车型传动系统结构如图2所示，传动轴中间轴承如图3所示，在传动轴没有装扭转减震器之前，车辆在80 km/h时车身出现共振现象，当装上扭转减震器之后，发生共振的起止点移至110～120 km/h.

图2　某型车辆传动系统结构图

图3　传动轴中间轴承

汽车发生共振现象，关键是先寻找激振源。可采用试验排除法寻找激振源，再进一步解决共振问题。

（1）动不平衡检测

在动平衡机上对4个轮胎进行动不平衡检测，经试验4个轮胎采集数据均在规定数据范围内，4个轮胎不存在动不平衡问题。

（2）发动机空转试验

发动机空转状态下，把车速提到110～120 km/h，检查车身是否存在共振现象，试验发现整个汽车车身不产生共振，因此激振源不在发动机。

（3）挂挡试验

把驱动轮架起来，启动车辆，挡位挂至最高挡，加速，查看速度表、转速表，试验过程车速达到110～120 km/h时，车身没有发生共振，车速往上提高，也没有发生共振现象，如果共振是因为轮胎动不平衡引起的话，则车速越高，车辆振动越明显，试验过程车速提高，但车辆没有发生共振，说明车辆共振不是由于轮胎动不平衡引起的，也不是由传动系统引起的。

（4）改变轮胎气压试验

轮胎是汽车行驶平顺性隔振系统的一部分，有吸振能力，为吸收路面的冲击，提高汽车行驶平顺性，它应该柔软，轮胎径向刚度尽可能减小，但刚度不能过低，否则会增加车轮的侧向偏离，影响操控性，还使滚动阻力增加，轮胎寿命降低。通过路面行驶，降低轮胎气压，减缓压力，改变路面对车辆的影响，试验发现某车型发生共振起止点往后移了3 km，也就是从110 km/h移至113 km/h，车身共振现象未消除，试验排除了由于路面不平度引起的共振。

通过以上试验排除路面不平度、发动机、传动系统、动不平衡单一系统或单一零件引起的共振。

3.1共振诊断方法

汽车作为一个振动系统，在外界激励的输入作用下，会呈现一定的振动输出响应，当激励的频率等于或接近于汽车某阶固有频率时，波形叠加，振动系统（物体）的振幅将达到最大，形成共振。

汽车在路面上行驶，车速提至110～120 km/h，车身共振加大时挂空挡，目的是切断动力源，也就是没有外驱动力输入，此时车身共振现象消失。这说明切断外驱动力后，没有外界激励的输入作用，也就没有系统振动输出的响应。结合所做试验进行分析，挂挡试验有传动系统的振动输入，没有路面的振动输入，车身没有发生共振；在路面行驶时，发生共振时挂空挡，此时有路面的振动输入，没有传动系统的振动输入，车身也没有发生共振，由此可诊断某车型出现共振现象的主要原因是由于路面的振动、传动系统的振动和速度条件达到110～120 km/h共同作用引起车身剧烈振动。由于汽车受到两者综合驱动力激励输入，汽车系统做受迫振动，f迫=f驱，而该综合驱动力的激励频率f驱等于或接近于汽车系统某阶固有频率f固，也就是f迫=f驱=f固，振幅达到最大，从而使车身产生了共振。

3.2共振问题的实际解决方法

（1）调直传动轴

该车辆传动轴装配中间轴承，传动轴在没有调直之前存在较大离心力。

式中，

F为离心力；

m为质量；

ω为角速度；

r为离心运动半径。

据离心力公式（2）可知，运行过程中，在其他条件相同情况下，离心运动半径越大，则离心力越大，产生动不平衡越大，振动越剧烈。为了降低振源的影响，通过改变传动轴中间轴承固定支架螺孔位置（如图4所示），调直两段传动轴，减少离心运动半径的距离，目的是降低激振源，减少对共振的影响。

图4　传动轴中间轴承固定支架

（2）改变中间轴承减震胶刚度

路面振动的影响不容易改变，可从传动系统的振动去寻找解决问题的方法。采用错开共振频率区域的方法来消除共振，在许多实际情况中，质量不能轻易改变，因为它的值是由系统的功能要求决定的，要使系统的固有频率发生变化，最经常采用的措施是改变系统的刚度。

具体做法：经过调直传动轴后，再在传动轴中间轴承固定支架上的减震胶（如图4所示）周围用钻头打通8个φ6小孔，8个φ4小孔。此方法是通过改善零件的组织性能，改变零件的刚度，也就是改变系统的刚度，使系统的固有频率发生变化，使f迫=f驱≠f固，避开了共振频率区域，解决了共振问题。减震胶为橡胶材质，打孔并不会造成减振装置的断裂，也不会影响汽车的行驶。

（3）解决效果

经上述方法调整之后，该车型车速提到110～120 km/h时，没有出现共振现象，车速往上提高也没有出现共振现象，解决了该车型共振问题。

4　结束语

通过对汽车共振原因进行分析，采用试验排除法，找到该车型共振的主要激振源，找出引起汽车整车共振的原因，经调直传动轴，降低共振源，再结合改变系统的刚度，使系统的固有频率发生变化，避开共振频率区域，解决了该车型共振问题。以上实践研究对解决其他汽车共振问题具有指导性作用。

［1］靳晓雄.汽车振动分析［M］.上海：同济大学出版社，2002.

［2］（美）Singiresu S.Rao.机械振动［M］.北京：清华大学出版社，2009.

［3］姜立标.汽车运用工程基础［M］.北京：北京大学出版社，2008.

［4］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2014.

Causes Analysis and Solving Measures of Resonance of ACertain Type of Vehicles

LUO Mei-ju
（Liuzhou Transportation School，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Motors resonance stability of the vehicle，causing early fatigue damage of certain parts，reduce the service life of the vehicle，related to the car's durability and safety.Through the cause car resonance analysis to address vehicle resonance as the main line，the rule method to find resonance sources，analyze and verify the cause of the problem，through the practice of research to resolve the problem，meaningful.

resonance；forced vibration；natural frequency；excitation source

U472

A

1672-545X（2016）05-0033-04

2016-02-11

罗美菊（1978-），女，广西河池人，学士，讲师，主要研究方向：汽车制造与检修专业。