汽车NVH性能开发：振动基础知识，摆锤与自由振动

1.振动和振动频率

振动是指物体以某一点为中心按照一定的周期进行往复运动，其运动与时间的关系如图1.1.1所示。

振动频率表示1s的时间内往复运动的次数，单位为Hz。

如图1.1.1中所示为简单的单线摆模型，当对摆锤施加一个外力时，如向一边拉起，然后松手。摆锤将以静止位置（A）为中心开始摆动。摆锤的摆动就是振动，从图中可以了解到，其振动频率约为2Hz，即1s时间内，往复摆动两次。

图1.1.1 单线摆振动

图1.1.2 自由振动

2.自由振动和固有振动频率

由弹簧和具有一定质量的物体构成的振动系，如图1.1.2所示，当重物受到牵引等外力作用时，振动系就按照系统固有的频率开始振动。这样的振动称为自由振动，其振动的频率称为固有频率。固有频率由弹簧的刚度和重物的质量决定，与外力无关。

对重物施加较小的牵引力和较大的牵引力，振动的幅度虽然不同，但是其振动的频率是不变的，如图1.1.3所示。而当改变振动系的弹簧刚度和重物的重量时，系统的固有振动频率会改变。弹簧的刚度越大，物体的重量越轻，则固有振动频率越高。

3.振动强制力和振动体

形成振动需要具备引起振动的力即强迫振动力及受到力作用而运动的振动体两个条件。

如图1.1.4所示的弹簧和物体所组成的振动系中，手持弹簧上下移动，则物体会产生连续的上下方向的运动。

图1.1.3 弹簧与重量的影响

图1.1.4 强迫振动

4.共振

利用图1.1.4中的振动系进行实验，结果如图1.1.5所示。(www.xing528.com)

保持手的移动幅度一定，慢慢改变上下移动的速度，观察物体如何运动。即保持振动强迫力的幅度不变，只改变强迫力的频率时，调查物体的运动有何变化。

（1）振动强迫力的频率较小时

物体随着手的上下运动而开始运动，且振幅较小。

（2）振动强迫力的频率较大时

手的上下运动渐渐加快时，物体的运动也加快，当手的移动速度达到一个特定的值时，物体的振幅达到最大。这种现象称之为共振。

（3）振动强迫力的频率进一步加大时

当手的上下运动速度更大时，物体的振幅并没有相应增大，反而变小了。

以上实验现象说明，当振动强迫力的频率与振动系的固有频率一致时，产生共振，此时振动系的能量最大，这也是汽车的振动和噪声增大的原因，如图1.1.6所示。因此，在处理汽车的振动及噪声问题时，一定要特别注意共振现象。

图1.1.5 共振

图1.1.6 实际振动

5.刚性振动和弹性振动

振动可以分为刚性振动和弹性振动。刚性振动即之前所叙述的弹簧和振动物体组成的振动系振动的情况。对于汽车来说，类似的振动系如由悬架的弹簧和车身所组成的结构，如图1.1.7所示。

所谓的弹性振动，例如当用手指拨动吉他的弦时，弦的振动即为弹性振动。总之，弹性振动是由物体自身的弹性和质量所构成的振动系所产生的连续振动，如图1.1.8所示。

汽车的排气管的弯曲振动即弹性振动。另外，对于同一个物体，根据振动频率的不同，有可能产生从刚性振动到弹性振动的转变，或者同时产生两种类型的振动。

例如，汽车的车身以较低的频率作簧上振动时，即悬架弹簧和车身所组成的振动系的刚性振动，当振动频率增加而产生冲击类的车身振动时，车身不仅仅体现为位置的变化，车身整体会产生弯曲或者扭转运动，此时为弹性振动。

因此，必须明确区分振动系的振动是刚性振动还是弹性振动。