探討汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響及處理

探討汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響及處理摘要：以某型汽車暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用隔振、隔聲、消聲和改變殼體阻尼的方法對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的低溫異響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。應(yīng)用相干分析、階次分析以及頻譜分析等方法，確定了43階低溫異響源為鼓風(fēng)機(jī)葉輪，確定其傳遞特性為葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)力傳遞至電機(jī)殼體和蝸殼殼體，引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)并輻射噪聲，另有部分氣動(dòng)力產(chǎn)生的低溫異響通過進(jìn)、出風(fēng)口向外氣動(dòng)傳播。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域科研工作者和同行業(yè)工作人員具有十分重要的參考意義。關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)；鼓風(fēng)機(jī)；低溫異響1前言當(dāng)前，汽車已經(jīng)成為日常旅行的主要交通工具，并且用戶日益要求更舒適的座椅。汽車空調(diào)作為汽車的重要電氣配件，可以實(shí)現(xiàn)冷卻，加熱，除霜和除霧等功能，并為車內(nèi)駕駛員和乘客提供良好而舒適的環(huán)境。舒適的環(huán)境包括合適的溫度，濕度和良好的噪音水平。在噪聲水平中，用戶越來越受到關(guān)注。關(guān)于空調(diào)噪聲，作者通過咨詢著作發(fā)現(xiàn)，在低溫環(huán)境中，有關(guān)鼓風(fēng)機(jī)噪聲的概述很少。因此，本文討論了低溫環(huán)境下鼓風(fēng)機(jī)的常見噪聲問題。車內(nèi)噪聲已經(jīng)成為重要的舒適性評(píng)價(jià)項(xiàng)目，現(xiàn)代汽車外部噪聲已大幅降低，乘員艙密封效果也得到了顯著提高，汽車暖通空調(diào)(Heating,VentilatingandAirConditioning，HVAC)系統(tǒng)的低溫異響逐漸成為車內(nèi)主要噪聲源。根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理可將汽車HVAC系統(tǒng)噪聲分為低溫異響、電磁噪聲和機(jī)械噪聲。低溫異響來源于HVAC系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)道，是該系統(tǒng)正常工作時(shí)的主要噪聲源，因此，降低汽車HVAC系統(tǒng)的低溫異響成為亟待解決的問題。2汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響研究現(xiàn)狀目前，針對(duì)汽車HVAC系統(tǒng)低溫異響，研究者通過數(shù)值仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證在噪聲特性和噪聲優(yōu)化方面開展了大量研究。CaiJC通過數(shù)值仿真方法研究了離心風(fēng)機(jī)的葉片通過頻率噪聲,結(jié)果表明，殼體的低溫異響、葉片低溫異響和流動(dòng)引起的殼體振動(dòng)輻射噪聲聲功率級(jí)分別為103dB、93dB和79dB。Chen應(yīng)用大渦模擬(LargeEddySimulation，LES)和直接邊界元方法的混合數(shù)值計(jì)算方法預(yù)測(cè)汽車HVAC系統(tǒng)出風(fēng)口風(fēng)道產(chǎn)生的低溫異響，確定其噪聲特性為在370Hz處存在峰值的寬頻噪聲，并且發(fā)現(xiàn)中間風(fēng)道對(duì)低溫異響的貢獻(xiàn)量最大。MadaniV試驗(yàn)研究了空調(diào)系統(tǒng)的低溫異響，發(fā)現(xiàn)低頻噪聲由風(fēng)道產(chǎn)生，500Hz以上的高頻噪聲由風(fēng)道和離心風(fēng)機(jī)共同產(chǎn)生。李啟良從汽車空調(diào)的系統(tǒng)層面開展低溫異響的數(shù)值模擬，并通過整機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果。汪怡平利用LES湍流模型和專業(yè)聲學(xué)軟件SYSNOISE計(jì)算汽車空調(diào)出風(fēng)管道低溫異響的傳播情況。這些研究都集中在對(duì)低溫異響的數(shù)值仿真，獲得其噪聲源與噪聲特性，鮮有文獻(xiàn)通過試驗(yàn)的方法研究汽車HVAC系統(tǒng)低溫異響特性及其傳遞特性。因此，通過試驗(yàn)識(shí)別汽車HVAC系統(tǒng)低溫異響源，分析其傳遞特性對(duì)于低溫異響的理論研究與優(yōu)化具有十分重要的指導(dǎo)作用。本文將采用試驗(yàn)的方法，通過階次分析和頻譜分析，得出汽車HVAC系統(tǒng)噪聲中的低溫異響特性，利用相干分析方法確定離散噪聲的來源，并采用隔振、隔聲、消聲和改變殼體阻尼的方法確定離散低溫異響的傳遞路徑，以期為汽車HVAC系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響的優(yōu)化提供切實(shí)可行的依據(jù)。3汽車HVAC系統(tǒng)圖1所示為汽車鼓風(fēng)機(jī)總成結(jié)構(gòu)，鼓風(fēng)機(jī)與風(fēng)門配合，實(shí)現(xiàn)乘員艙內(nèi)的空氣循環(huán)和風(fēng)量的分配。鼓風(fēng)機(jī)總成的葉輪由43片均勻分布的葉片構(gòu)成，葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部高速氣流將向蝸殼及葉輪施加非定常力，使固體發(fā)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)，由此產(chǎn)生很大的低溫異響，這也是汽車空調(diào)系統(tǒng)的主要噪聲源。圖1鼓風(fēng)機(jī)總成汽車HVAC系統(tǒng)的低溫異響包含寬頻噪聲和離散噪聲，其中離散噪聲的多數(shù)頻率分量與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)。階次分析的實(shí)質(zhì)是將非穩(wěn)定的等時(shí)間間隔采樣信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的等角度間隔采樣信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行頻譜分析。本文將通過階次分析方法確定鼓風(fēng)機(jī)葉輪對(duì)低溫異響中的一些離散頻率分量的貢獻(xiàn)量，進(jìn)而確定噪聲源。4汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響處理鼓風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的低溫異響一方面隨氣流傳播，另一方面也能作用于殼體輻射噪聲為確定43階低溫異響的傳遞特性，本文從隔振、隔聲、消聲以及改變殼體阻尼角度出發(fā)開展試驗(yàn)。為了分析43階低溫異響是否通過空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)殼體向外輻射，通過隔振原理開展如下試驗(yàn)：減小電機(jī)周圍均勻分布的4個(gè)橡膠隔振器壓縮量；在蝸殼與法蘭盤間加裝硅膠墊，將剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接。在減小隔振器壓縮量試驗(yàn)中，將法蘭盤蓋與法蘭盤之間的連接螺釘擰松2mm,達(dá)到減小隔振器壓縮的效果。螺釘擰松后，43階低溫異響聲壓級(jí)在麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)處降低3.9dB(A),在麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)處降低9.3dB(A)，根據(jù)汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析可知，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的非定常氣動(dòng)力作用于葉輪，通過軸系傳遞到電機(jī)，并經(jīng)電機(jī)的隔振器傳遞到法蘭盤，向外輻射噪聲。根據(jù)前文的結(jié)果，非定常氣動(dòng)力將作用于法蘭盤，并向外輻射43階低溫異響，為進(jìn)一步驗(yàn)證是否還通過蝸殼向外輻射噪聲，將蝸殼上的螺釘柱下銼3mm,并在銼削位置加裝厚度為3mm的硅膠墊，以此將法蘭盤與蝸殼之間的剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接。加裝3mm硅膠墊后與原始結(jié)構(gòu)43階噪聲聲壓級(jí)對(duì)比，麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)處變化不大，麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)處降低了2.67dB(A)。從測(cè)試結(jié)果可知，加裝硅膠墊降低了通過螺釘安裝柱傳遞到蝸殼的作用力，因?yàn)辂溈孙L(fēng)測(cè)點(diǎn)與鼓風(fēng)機(jī)的空間距離更近，且麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)附近的聲壓還受到分配箱和出風(fēng)口風(fēng)道的影響，所以由鼓風(fēng)機(jī)輻射噪聲產(chǎn)生的聲壓波動(dòng)在麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)處更為明顯。從以上隔振分析可知，43階次低溫異響的傳遞特性之一為：葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的43階次作用力通過軸系傳遞到電機(jī)，經(jīng)電機(jī)的隔振器傳遞到電機(jī)法蘭盤蓋，部分氣動(dòng)力進(jìn)而通過法蘭盤和蝸殼之間的剛性螺釘柱傳遞至空調(diào)箱殼體，進(jìn)而輻射噪聲。因此改變隔振器壓縮量和增加彈性隔振墊能對(duì)43階次低溫異響有明顯的抑制作用。解決方案主要是提高鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承的低溫性能。當(dāng)前，馬達(dá)軸承有兩種類型：油軸承和球軸承。從耐低溫性的角度來看，滾珠軸承性能更好。軸承軸和軸承內(nèi)圈通過過盈配合，鋼球表面被油脂覆蓋。在-40C的低溫環(huán)境下，潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑性能仍然良好。電動(dòng)機(jī)工作時(shí),軸承內(nèi)圈中的滾珠旋轉(zhuǎn)，并且滾珠直接用油脂潤(rùn)滑，不會(huì)因干摩擦而產(chǎn)生吱吱聲。使用新電動(dòng)機(jī)進(jìn)行的HVAC低溫工作臺(tái)測(cè)試顯示，冷啟動(dòng)期間沒有異常聲音，并且HVAC正常運(yùn)行。5結(jié)束語(yǔ)本文通過相干分析和階次分析確定某型汽車HVAC系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)43階低溫異響源為鼓風(fēng)機(jī)葉輪，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)與周圍空氣相互作用而連續(xù)產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，并作用于葉輪和殼體。通過隔振、隔聲、消聲和變殼體阻尼試驗(yàn)與頻譜分析的方法得到43階低溫異響傳遞過程的如下特性：葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的43階次氣動(dòng)力作用于葉輪并通過電機(jī)軸系傳遞至電機(jī)，經(jīng)電機(jī)隔振器傳遞給法蘭盤和法蘭盤蓋，引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)并輻射噪聲，部分氣動(dòng)力也會(huì)通過法蘭盤與蝸殼之間的剛性螺釘柱傳遞到蝸殼，引起殼體振動(dòng)并向外輻射噪聲；葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)力作用在葉輪上方薄弱的方形平面，引起該平面的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，向外輻射噪聲；葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣體壓力脈動(dòng)，隨氣流向外傳播噪聲。通過對(duì)汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)的改造可以改善低溫異響，對(duì)于汽車空調(diào)研究十分重要。參考文獻(xiàn)[1]禹樂，何景林,涂家富?汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)低溫異響的分析與解決[J].汽車電器,2019(12):61-62.⑵趙連勝?一種異形汽車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)蝸殼降噪性研究[C].中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)分會(huì).2019中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)分會(huì)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