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新一代动力总成减振利器-钟摆pendulum(一)

时间:2022-12-10 11:42:12

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新一代动力总成减振利器-钟摆pendulum(一)

让我们先从台湾人民的骄傲和台北地标–台北101大楼说起,该楼在以前是世界第一高楼,楼高了,问题就来了。由于,台湾为热带季风气候,每年夏天都有台风光顾。因此,防风成了一大难题。另外,台湾处于地震带上,为了抗震,该建筑整体刚度较小。因此,微风都有可能吹的101楼东倒西歪。怎么办?

放心,台北101大楼是世界第一座防震阻尼器(Tuned MassDamper)外露於整体设计的大楼,其在88至92楼挂置一个重达660吨的巨大钢球,其直径达到了5.5米。见下图。在85、86、与88楼用餐可以看到这个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器,据台北101告示牌所言,这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器,更是全球最大之阻尼器。你可以边吃饭,边看看这个大家伙。那么它是怎么工作的呢?

在物理上,其实101大楼阻尼器就是动力阻尼减振器,同时也是重力摆的一种。那么什么是动力阻尼减振器呢?为了便于大家理解,让我们先看下图最简单的单自由度的弹簧阻尼质量系统。如果我们给质量m1一个激励,质量m1就会在刚度k1和阻尼C1的共同作用下,左右来回做振幅越来越小的振动,由于阻尼消耗掉了激励的能量,所以,最终质量m1停止振动。那我们有没有办法减小质量m1的振动,让它很快停下来,甚至消除m1的振动呢,让它根本不动呢?

当然有,动力减振器就是其中的一种。见下图。聪明的工程师们发现,如果在质量m1之后,用弹簧刚度k2再连接一个小质量m2。当合理的设计刚度k2以及质量m2,如果此时再给m1一个激励的时候,人们惊喜的发现,质量m2成为了完美的“熊孩子”,熊孩子就是你让他向东,他偏向西的家伙。同理,加载在质量m1上的向左的激励,会被质量m2向右的响应抵消,最后,质量m2在振动,而质量m1可以纹丝不动。哈哈,质量m1的振动被消除了。好了,台北101大楼本身是质量m1,钢球是质量m2,风是激励,有了钢球之后,大楼本身不抖了。

其实,在汽车行业也有类似的运用。众所周知,现代往复活塞式内燃机都是四冲程的工作循环,即在发动机旋转两圈的情况下,完成吸气-压缩-燃烧-排气四冲程。发现问题没有?四冲程中只有燃烧做功这个冲程是推动活塞,带动曲轴旋转,其他的三个冲程都是扯闲淡。结果就是看起来平稳转动的发动机实际上是忽快忽慢地旋转的,这也就是发动机扭振的主要原因。

欲知如何用钟摆pendulum消除发动机扭振,请看下回分解。

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