汽車風(fēng)扇噪聲

1、生意社 20092009 年 0505 月 2121 日訊前言對于輪式裝載機(jī)來說，其噪聲包括輻射噪聲和司機(jī)室內(nèi)耳旁噪聲兩部分。輻射噪聲的構(gòu)成比較復(fù)雜，但主要來源于發(fā)動機(jī)排氣噪聲和冷卻風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲以及發(fā)動機(jī)振動誘發(fā)所產(chǎn) 生的車身結(jié)構(gòu)噪聲；裝載機(jī)的司機(jī)室內(nèi)噪聲主要是低頻聲，它是由發(fā)動機(jī)和動力總成的振動所誘發(fā)的結(jié)構(gòu)噪聲。與低頻結(jié)構(gòu)噪聲相關(guān)的部件有動力總成系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、車身系統(tǒng)等， 總的來說，動力傳動系及其相關(guān)零部件是振動的主要來源，它們之間的優(yōu)化組合是降低噪聲的首要任務(wù)。1 1 發(fā)動機(jī)噪聲發(fā)動機(jī)的振動、噪音是裝載機(jī)振動和噪音的最大來源。柴油機(jī)上的激振力可分為燃燒發(fā)生的直接激振力和柴油機(jī)工作時的機(jī)

2、械力。柴油機(jī)上的噪聲按其產(chǎn)生的機(jī)理可分為三大類，即空氣動力性噪聲，燃燒噪聲和機(jī)械噪聲，而排氣系統(tǒng)中的空氣動力性噪聲通常是主要的噪聲源，一般來說，如果能夠有效地降低柴油機(jī)的排氣噪聲，就能大幅度地降低柴油機(jī)的總噪聲級。在正常情況下，柴油機(jī)噪聲隨其轉(zhuǎn)速的增加直線上升。自然吸氣式四沖程柴油機(jī)每增加1010 倍轉(zhuǎn)速，噪聲增大 30dB(A),30dB(A),四沖程增壓式柴油機(jī)每增加1010 倍轉(zhuǎn)速，噪聲增量為 40dB40dB。若在增速過程中出現(xiàn)噪聲峰波，就是噪聲源識別當(dāng)中的問題所在，可以用1/31/3 倍頻程頻譜分析，初步查明主要噪聲成分?？諝鈩恿π栽肼暸艢庠肼暜a(chǎn)生機(jī)理： 柴油機(jī)工作過程中， 在排氣閥

3、處，氣體的流動是不穩(wěn)定的，它以壓 力波動的方式，傳到排氣系統(tǒng)的出口，在尾管出口處，連速度波動產(chǎn)生了輻射噪聲，可見排 氣噪聲來源于排氣系統(tǒng)內(nèi)的不穩(wěn)定流動。排氣噪聲的定義通常指的是排氣系統(tǒng)輻射出來的總的噪聲，包括管壁和消音器壁的輻射噪聲以及尾管出口的氣動輻射噪聲，若將排氣系統(tǒng)的管壁和消音器壁假設(shè)為剛性的，則排氣噪聲指的是僅氣體動力性噪聲。降低排氣噪聲最有效方法就是設(shè)計安裝一個高效、低阻力的排氣消音器。影響排氣噪聲的主要有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、氣缸數(shù)、負(fù)荷、排氣管尺寸等。內(nèi)燃機(jī)排氣開始時，燃?xì)鉁囟燃s為800-1000800-1000 C,C,壓力約為 0.4-0.5Mpa0.4-0.5Mpa , ,但排氣閥打

4、開出現(xiàn)縫隙時，廢氣以脈沖的形式從縫隙中沖出，形成能量很高、頻率很復(fù)雜的噪聲。根據(jù)排氣過程產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，有以下幾種成分。1氣壓力脈動聲；2流通過氣門、氣門座等處發(fā)生的渦流聲；3由于邊界層氣流擾動發(fā)生的噪聲4排氣出口噴流噪聲。多缸柴油機(jī)排氣噪聲的頻譜中，低頻出往往存在一個明顯的噪聲峰值，這個噪聲就是基頻噪聲。由于各氣缸排氣是在指定的相位上周期性進(jìn)行。因而這是一種周期性噪聲。 基頻噪聲的頻率和每秒鐘的排氣次數(shù)，即爆發(fā)頻率是相同的。基頻噪聲的頻率計算公式為：f f = = NnNn / / 6060T式中：N N柴油機(jī)氣缸數(shù)；n n 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速；(r(r / / min)min)T 燃機(jī)沖程系數(shù)；四

5、沖程 2,2,二沖程 1 1 燃燒噪聲通常把燃燒時氣缸壓力通過活塞、連桿、主軸承傳至發(fā)動機(jī)機(jī)體以及通過氣缸蓋等引起內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)表面振動而輻射的噪聲稱為燃燒噪聲。柴油機(jī)工作時燃燒室在極短時間內(nèi)發(fā)生高溫高壓的燃燒，急速地釋放出能量。這種急劇的壓力升高激發(fā)起發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)振動，從而輻射出噪聲。很明顯，氣缸壓力是燃燒噪聲的強(qiáng)制力，因此燃燒噪聲與氣缸壓力有函數(shù)關(guān)系，此外還與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的剛度，發(fā)動機(jī)表面的聲輻射效應(yīng)及周圍空氣的傳遞特性有關(guān)。柴油機(jī)的燃燒過程通常分為四個階段一一著火延退期、急燃期、緩燃期和后燃期。對柴 油機(jī)燃燒過程的研究一般采用壓力曲線(P(P 一 ? ?中)分析的方法。圖 1 1 是典型的氣缸壓

6、力曲線。氣缸壓力與燃燒噪聲都是周期現(xiàn)象，氣缸壓力的頻率成分支配燃燒噪聲的頻率成分。將氣缸壓力與燃燒噪聲都進(jìn)行傅里葉分析可以了解到聲壓級與氣缸壓力級有明顯的依賴關(guān)系 是在較高的頻段。不管從壓力曲線圖或頻譜圖上分析，很顯然降低燃燒噪聲的關(guān)鍵是控制燃燒壓力的升高率。也就是說，柴油機(jī)應(yīng)力求選用柔和的工作過程。壓力升高率取決于著火延退和燃料噴射規(guī)律。因此，降低燃燒噪聲的一般方法有兩個方面：1提高壓縮比，適當(dāng)延退噴油提前角，使用十六烷值高的燃料。這類措施用于縮短著火 延退期。2減小初期的燃料噴射率，利用進(jìn)氣渦流減少著火前的可燃混合氣量。機(jī)械噪聲由于柴油機(jī)上運(yùn)動副很多，所以引起的機(jī)械激振力也很多，其中有活塞

7、與氣缸敲擊產(chǎn)生 的噪聲，正時齒輪響聲，燃油噴射系統(tǒng)噪聲，配氣機(jī)構(gòu)噪聲等。在發(fā)動機(jī)中，曲軸、飛輪、皮帶輪等轉(zhuǎn)動部件中的任何一個都會形成振動力，由于這個振動力與部件的不平衡量成正比，與其每分鐘轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時，振動也被急劇放大，所以轉(zhuǎn)動部件之間的平衡量最好小一些。其它機(jī)械噪音來自發(fā)動機(jī)活塞、 氣門機(jī)構(gòu)等，構(gòu)成了發(fā)動機(jī)噪音的一部分，如活塞敲缸，挺桿噪音，氣門開閉所產(chǎn)生的噪音，氣門和氣門彈簧振動所產(chǎn)生的噪音，以及正時鏈與鏈輪嚙合時產(chǎn)生的噪音?；钊酶资腔钊麄?cè)面敲擊缸壁所產(chǎn)生的噪音，當(dāng)作用到活塞上的壓縮壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵龎毫r，就產(chǎn)生了敲缸?；钊酶滓蚧钊g隙的不同而不同，活塞間隙大時，

8、最有可能產(chǎn)生敲缸聲?；钊酶椎奶攸c(diǎn)是發(fā)動機(jī)冷態(tài)時很響，因此時活塞間隙大， 隨著發(fā)動機(jī)的溫升， 聲音也變小。要減輕活塞敲缸， 必須減少主側(cè)壓力， 因此有些發(fā)動機(jī)將活塞銷的中心與活塞中心 線偏離一定距離，即可減少敲缸聲。減少活塞敲缸的另一方法是在活塞裙部安裝鋼架，用以減少活塞裙部的熱變形， 從而可使用尺寸略大的活塞，將活塞間隙減小，使活塞敲缸聲變小。2 2 傳動系噪聲輪式裝載機(jī)傳動系主要部件包括三元件的液力變矩器、動力換擋變速箱、傳動軸、驅(qū)動橋和輪胎等重要部件。這些部件在裝載機(jī)工作時都要進(jìn)行高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中所包含的各種運(yùn)動付零件相互作用時就會產(chǎn)生振動或噪聲。例如齒輪和軸承是傳動系大部分部件都具有的

9、。 齒輪在運(yùn)行時由于制造精度、剛度等的不同情況， 會產(chǎn)生不同程度的振動和噪聲。而軸承由于其工作的固有性質(zhì)，決定它總是存在摩擦和振動。這是它產(chǎn)生噪聲的主要根源。齒輪噪聲 和軸承噪聲是機(jī)械傳動系噪聲的主要根源。對于裝載機(jī)使用的液力傳動系，除了齒輪噪聲和軸承噪聲，液力變矩器的液流噪聲也是一個重要方面。傳動軸運(yùn)行的不平衡作用力及銷子的松動、磨損等都可以產(chǎn)生脈沖噪聲。研究傳動系各部件的噪聲發(fā)生原因及其解決方法對于降低裝載機(jī)輻射噪聲是十分有效和重要的一個方面。齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理在齒輪嚙合過程中，節(jié)線沖力和嚙合沖力是振動和發(fā)生噪聲的激振源，受這兩種力的激勵， 一方面它們將產(chǎn)生頻率為嚙合頻率和高次諧波的受迫振動

10、，另一方面它們還生頻率為固有頻率的瞬態(tài)自激振動。當(dāng)嚙合頻率與固有頻率互為整數(shù)倍時可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振。因此，齒輪噪聲有兩種表現(xiàn)形式：一是嚙合頻率噪聲，另一是以固有頻率振動所產(chǎn)生的噪聲。齒輪噪聲與載荷及轉(zhuǎn)速有關(guān)。試驗證明，在低速時，載荷增加一倍齒輪噪聲約增加3dB(A)3dB(A)，當(dāng)載荷一定時，轉(zhuǎn)速增加一倍，噪聲約增加6dB(A)6dB(A)。當(dāng)在高速時，齒輪噪聲與載荷的平方成正比，即齒輪載荷增加一倍，噪聲級增加6dB(A)6dB(A)。齒輪傳遞的有效功率與節(jié)線速度和切向分力的乘積成正比，因此齒輪裝置發(fā)出的聲功率級與所傳遞的功率直接有關(guān)。傳遞的功率增加一倍，噪聲級增加6dB(A)6dB(A)。齒

11、輪噪聲與載荷、速度有一定的線性關(guān)系。齒輪裝置的潤滑對噪聲的影響也不可忽視。適當(dāng)?shù)臐櫥梢詼p少齒面間的摩擦力，吸收振動，起到一定的消聲作用。裝載機(jī)傳動系噪聲主要包括齒輪嚙合和振動而產(chǎn)生的變速器、驅(qū)動橋噪聲，旋轉(zhuǎn)和振動傳遞而產(chǎn)生的傳動軸噪聲，以及在車輛高速行駛時由于輪胎滾動而形成的輪胎噪聲等幾個方 面，從對裝載機(jī)總噪聲貢獻(xiàn)大小來看，相對于發(fā)動機(jī)噪聲而言，傳動系噪聲能量較小。在目前情況下，傳動系不是裝載機(jī)主要噪聲源，但隨著其它各總成噪聲水平的降低，其所占噪聲能量比例將相對增大。3 3 風(fēng)扇噪聲風(fēng)扇噪音是由冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的，與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)扇噪音主要是由風(fēng)扇葉片切割空氣或由風(fēng)扇后面的部件所產(chǎn)生的空氣

12、紊流產(chǎn)生的，通過改變?nèi)~片的直徑、數(shù)量、形狀或角度，以及采用可變?nèi)~片風(fēng)扇或改進(jìn)風(fēng)扇罩形狀都可以減少風(fēng)扇噪音。風(fēng)扇噪聲在內(nèi)燃機(jī)噪聲源中也占有較大比重。風(fēng)扇噪聲主要是由葉片旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲引起的，前者是窄帶噪聲，后者是寬帶噪聲。此外，風(fēng)扇的護(hù)風(fēng)圈等結(jié)構(gòu)由于共振也會產(chǎn) 生機(jī)械噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是由風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的葉片周期性打擊空氣質(zhì)點(diǎn)，引起的壓力脈動面激發(fā)的噪聲， 這種周期性的壓力脈動是由一個穩(wěn)態(tài)的基頻和一系列諧波分量的疊加而成。這些脈動分量可用下式表小:f f = = inzinz / / 60(Hz)60(Hz)式中：z z風(fēng)扇葉片數(shù)；n n-風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，(r/min);(r/min);i i1 1 , ,

13、 2 2 , , 3 3 。風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時，渦流噪聲的頻率取決于葉片與氣體的相對速度，而葉片的圓周速度隨與圓心的距離而變化，因此，渦流噪聲的頻率是連續(xù)的，噪聲的頻譜也是連續(xù)的。渦流噪聲一般是寬頻帶噪聲，其主要峰值頻率為：f f = = KVKV / / d(Hz)d(Hz)式中：K K常數(shù)；0.150.150.220.22V V風(fēng)扇圓周線速度，(m(m / / s);s);d d葉片在氣流入射方向上的厚度 (m)(m)。影響風(fēng)扇噪聲的因素主要有以下幾方面：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、直徑、靜壓研究表明，風(fēng)扇的風(fēng)量越大，其噪聲也就越高，風(fēng)扇直徑的大 小、轉(zhuǎn)速的高低直接影響風(fēng)扇噪聲。三者有以下關(guān)系式表示：LooLoo

14、DNDN式中：L L-噪聲聲壓級；風(fēng)扇直徑;N N風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇直徑的大小、轉(zhuǎn)速的高低與風(fēng)扇風(fēng)量的關(guān)系：W WDNDN式中：V V風(fēng)扇風(fēng)量；D D 風(fēng)扇直徑；N N風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。因此，為了保證需要的風(fēng)量，適當(dāng)?shù)卦龃笾睆?、減小轉(zhuǎn)速是適宜的。風(fēng)扇風(fēng)量的大小是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的散熱量來確定，從降噪的角度考慮，增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)及其冷卻系統(tǒng)的散熱能力，可以減小風(fēng)扇風(fēng)量，降低噪聲。風(fēng)扇效率普遍規(guī)律是，風(fēng)扇效率越低，消耗功率越大，風(fēng)扇噪聲越大。風(fēng)扇消耗之功率為：N N = = pV/pV/ YY YY YY V V式中：V V風(fēng)扇風(fēng)量；門風(fēng)扇的液力效率；門風(fēng)扇的機(jī)械效率；門一一風(fēng)扇的容積效率；由式可見，如果風(fēng)扇的總效率提高

15、， 則同樣風(fēng)量時風(fēng)扇消耗功率越小，噪聲亦隨之減小。通常變化不大，只要提高風(fēng)扇的液力效率和容積效率，實際上都有利于降低噪聲。3風(fēng)扇的葉片形狀、材料、葉片數(shù)風(fēng)扇葉片的形狀對風(fēng)扇效率影響也很大。風(fēng)扇葉片的形狀直接影響葉片附近的渦流強(qiáng)度，從而影響風(fēng)扇的效率。因此，改進(jìn)葉片的形狀，使之有較好的流線型和合適的彎曲角度，不僅有利于減少渦流噪聲，而且可以大大提高風(fēng)扇效率。試驗表明，風(fēng)扇的葉片材料，對其噪聲也有一定程度的影響.例如：鑄鋁的葉片比沖壓鋼板的葉片噪聲??； 尼龍葉片比金屬的葉片噪聲小。一般說來，材料的損耗系數(shù)越大，其噪聲越小。增加風(fēng)扇的葉片數(shù)， 在轉(zhuǎn)速不變的條件下， 可以增加風(fēng)扇的風(fēng)量。 或者在獲得同

16、等風(fēng)量 的前提下，可以降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇噪聲。但葉片數(shù)在6 6 以上時，增加葉片數(shù)，風(fēng)量增加有限，且在降噪特性上往往有負(fù)面的作用。低速寬葉風(fēng)扇與高速窄葉風(fēng)扇在相同的風(fēng)量情況下，前者比后者產(chǎn)生的噪聲聲壓級低 4dB(A)4dB(A)，并且功率消耗要減少 27%27%。縮小風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)圈的間隙，防止氣流紊亂，可以降低 風(fēng)扇噪聲。試驗表明，當(dāng)間隙為零時，風(fēng)量增加27%27%，而噪聲下降 3dB(A),3dB(A),降低轉(zhuǎn)速使風(fēng)量回到原有水平，噪聲又可以下降2dB(A)2dB(A)。4風(fēng)扇、散熱器、風(fēng)罩的相對位置工程機(jī)械風(fēng)扇有吸風(fēng)式和吹風(fēng)式兩種，選擇的主要原則是風(fēng)扇形成的空氣流動方向必須與主機(jī)

17、正向行駛時迎風(fēng)空氣流動方向一致。裝載機(jī)發(fā)動機(jī)后置，一般采用吹風(fēng)式風(fēng)扇。降低風(fēng)扇噪聲，也可以從風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各部件之間的相互位置來考慮。適當(dāng)選擇風(fēng)扇與散熱器之間的距離以及風(fēng)扇與風(fēng)罩之間的間隙，對降低風(fēng)扇噪聲也是有意義的。隨著風(fēng)扇與散熱器之間的距離的增加，風(fēng)扇的冷卻能力、流量和噪聲都要增加。而且各自在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，然后又逐漸減小。試驗表明，風(fēng)扇端面離散熱器芯子過近或過遠(yuǎn)，會出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)或發(fā)生回流現(xiàn)象。推薦風(fēng)扇端面距離散熱器芯子的距離為風(fēng)扇直徑的 10%-15%10%-15% ,這樣既能充分發(fā)揮風(fēng)扇的冷卻能力，又可以使噪聲最小。風(fēng)扇前后的導(dǎo)風(fēng)罩是產(chǎn)生渦流噪聲的重要來源之一，風(fēng)扇入口處應(yīng)呈流線型， 風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩組成的氣流通道表面應(yīng)光滑，以改善冷卻風(fēng)的流動狀態(tài)，從而降低冷卻系統(tǒng)的噪聲。風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩之間要有適當(dāng)?shù)拈g隙，徑向間隙一般應(yīng)控制在2.5%2.5%風(fēng)扇直徑內(nèi)，最大不宜超過3%,3%,否則將大大降低風(fēng)扇效率。通常風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩的前后關(guān)系應(yīng)是：吸風(fēng)風(fēng)扇有2 2 / / 3 3 風(fēng)扇投影寬度在導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)，吹風(fēng)式風(fēng)扇在導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)的寬度以1/31/3 風(fēng)扇葉片寬度為宜。液壓驅(qū)動獨(dú)立散熱系統(tǒng)可以根據(jù)載荷的需要改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，減少功率消耗，它也使得周圍噪音水平降低，更符合環(huán)保要求，可以方便整機(jī)輻射噪聲的控制?？ㄌ?、沃爾沃、小松、現(xiàn)代等生產(chǎn)的