1.1.2 振動系統(tǒng)的三要素

汽車系統(tǒng)之所以會產(chǎn)生振動，是因為它本身有質(zhì)量和彈性，而系統(tǒng)中的阻尼則一定程度上使振動受到抑制。從能量的角度來看，質(zhì)量可儲存動能，彈性可儲存勢能，阻尼則消耗能量。當外界對系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的質(zhì)量就吸收動能，使質(zhì)量獲得速度，彈簧獲得勢能，具有使質(zhì)量回到原來位置的能力。這種能量的不斷轉(zhuǎn)換導致系統(tǒng)振動，如果系統(tǒng)沒有外界不斷地輸入能量，在系統(tǒng)阻尼的作用下，振動現(xiàn)象將逐漸消失。因此，質(zhì)量、彈性力、阻尼力是振動系統(tǒng)的三要素。

1.質(zhì)量

在力學模型中，質(zhì)量被抽象為不變形的剛體，如圖1-2所示。

式中，Fm為質(zhì)量力；m為質(zhì)量；為加速度；M為力矩；J為轉(zhuǎn)動慣量；為角加速度。

2.彈性力

彈性力是指彈性物體因外力產(chǎn)生形變后的恢復(fù)力，如圖1-3所示。

根據(jù)胡克定律可得：

式中，Fk為彈性力；k為彈簧勁度常數(shù)；x1為彈簧下端位移；x2為彈簧上端位移。

彈性力與彈簧兩端的相對位移成正比。

3.阻尼力

阻尼力是指物理運動時受到的一種阻礙運動的力，如圖1-4所示。

根據(jù)力的平衡可得：

式中，Fc為阻尼力；c為阻尼系數(shù)；為阻尼器下端速度；為阻尼器上端速度。

阻尼力與阻尼器兩端相對速度成正比。

實質(zhì)上，汽車是一個多自由度的振動系統(tǒng)，而懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是阻尼減振器，它對車輛振動性能的提高起著重要的作用。

根據(jù)振動系統(tǒng)三要素，可以將汽車的整個車身簡化為質(zhì)量塊，由阻尼減振器支撐，如圖1-5所示。