發(fā)動機噪聲及振動

汽車噪聲與振動——理論與應(yīng)用汽車噪聲的傳遞有固體波動和氣體波動兩種傳播形式。通常500Hz以下的低、中頻率噪聲主要以固體波動形式傳播，而在較高的頻帶內(nèi)則以空氣傳播為主。第十章發(fā)動機的振動發(fā)動機振動分類1、內(nèi)部振動曲柄振動扭轉(zhuǎn)振動扭轉(zhuǎn)、彎曲振動會帶來嚴重的危害，其他部件間的振動會引起噪聲而不產(chǎn)生危險應(yīng)力。彎曲振動閥機構(gòu)振動2、外部振動主要振源1、氣缸內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生的激振力2、運動部件慣性力產(chǎn)生的激振力（活塞、連桿、曲柄等）往復(fù)慣性力一次慣性力二次慣性力離心慣性力3、運動部件重力產(chǎn)生的激振力往復(fù)運動件總質(zhì)量旋轉(zhuǎn)運動件作用在曲柄銷中心上的當量偏心旋轉(zhuǎn)重量扭轉(zhuǎn)振動的消減1、調(diào)頻調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率，使共振轉(zhuǎn)速遠離工作轉(zhuǎn)速。2、配置減振器阻尼減振器橡膠減振器為系統(tǒng)提供很大的阻尼，以加大系統(tǒng)振動能量的耗散。硅油減振器動力減振器3、減少發(fā)動機輸入系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)能量改變發(fā)火順序此方法為治本之策，但需改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)，這對已定型的發(fā)動機來說很難實現(xiàn)。此方法只能在設(shè)計階段，將扭轉(zhuǎn)性能要求最為重要因素與其他要求綜合考慮。采用不規(guī)則曲柄排列第十一章發(fā)動機的噪聲在相同條件下，柴油機的排氣噪聲要比汽油機的排氣噪聲大，二沖程內(nèi)燃機的排氣噪聲要比四沖程的大。柴油機的排氣聲呈明顯的低頻性，能量主要集中在基頻及其倍頻的頻率范圍內(nèi)；中頻范圍主要是排氣管內(nèi)氣柱振蕩的固有音；高頻范圍主要包括燃燒聲和氣流高速通過氣口的空氣動力噪聲。發(fā)動機兩種噪聲：純音和混雜音。純音是窄頻帶的，用抗性消音器；混雜音是寬頻帶的，用阻性消聲器。抗性消聲器：將能量反射回聲源，從而抑制聲音。阻性消聲器：聲能被吸聲材料吸收并轉(zhuǎn)化成熱能，從而消聲。發(fā)動機噪聲結(jié)構(gòu)振動噪聲燃燒噪聲a、采用隔熱活塞；b、延遲噴油定時；c、預(yù)噴；d、改進燃燒室機構(gòu)；e、調(diào)節(jié)噴油泵；f、液體動力噪聲發(fā)動機中液體流動產(chǎn)生的力對發(fā)動機結(jié)構(gòu)激振產(chǎn)生的噪聲。機械噪聲配合機構(gòu)噪聲齒輪傳動噪聲不平衡力和力矩引起機體的振動和噪聲噴油泵噪聲活塞敲擊噪聲空氣動力噪聲排氣噪聲風扇噪聲進氣噪聲發(fā)動機噪聲估算：柴油機聲功率級（dBA）式中：——柴油機聲功率級；——柴油機標定功率（kW）；——柴油機標定轉(zhuǎn)速（r/min）；——柴油機實際轉(zhuǎn)速（r/min）。柴油機機體表面輻射聲功率級的近似公式柴油機機體表面輻射的倍頻程聲功率級近似計算公式如下：式中：——倍頻程中心頻率（Hz）；——柴油機質(zhì)量（kg）。汽油機聲功率級估算（dBA）以上公式只是估算，公式已顯陳舊。機體結(jié)構(gòu)特性：結(jié)構(gòu)特性主要指振型、固有頻率和傳遞函數(shù)。燃燒噪聲：由于氣缸內(nèi)燃燒，將活塞對缸套的壓力振動通過缸蓋—活塞—連桿—曲柄—機體向外輻射的噪聲稱為燃燒噪聲。機械噪聲：活塞對缸套的撞擊、正時齒輪、配氣機構(gòu)、噴油系統(tǒng)、輔助皮帶、正時皮帶等運動件之間的機械撞擊所產(chǎn)生的振動激發(fā)的噪聲稱為機械噪聲。 燃燒噪聲：一般情況下，汽油機的燃燒噪聲比較小，只是在發(fā)生爆震和表面點火等不平常燃燒時才會產(chǎn)生較高的噪聲。柴油機的燃燒噪聲與汽油機不同，在總噪聲中占有很大的比例，遠比汽油機高的多。柴油機燃燒過程：著火延遲期、急燃期、緩燃期、后燃期，如下圖所示：燃燒階段對噪聲的影響序號階段對噪聲影響程度及造成原因1、著火延遲期此階段氣缸內(nèi)的壓力和溫度變化小，對噪聲直接影響小，而著火延遲期對整個燃燒過程的進展有很大影響，所以對燃燒噪聲有的潛在影響。2、急燃期氣缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇增加并以壓力波形式向氣缸壁傳播和反射，這直接影響到內(nèi)燃機的振動和噪聲。影響急燃期內(nèi)壓力增長率的主要因素是：著火延遲期的長短和供油規(guī)律。著火延遲期愈長，在此期間內(nèi)噴入氣缸的燃油愈多，則末壓力增長率和最高燃燒壓力也就愈高。3、緩燃期對發(fā)動機的高頻振動和高頻噪聲有影響。4、后燃期氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度已顯著下降，對燃燒噪聲的影響已不大。4）影響燃燒噪聲的因素影響燃燒噪聲的因素——柴油機序號影響因素影響內(nèi)容1、燃燒室燃燒室的結(jié)構(gòu)形式及整個燃燒系統(tǒng)的設(shè)計對壓力增長率、最高燃燒壓力及氣缸壓力的頻譜曲線有明顯的影響，因此對燃燒噪聲的影響很大。2、供油系統(tǒng)參數(shù)供油提前角從動力性、經(jīng)濟型角度，往往供油提前角偏大；從減小排放和降噪角度考慮，則應(yīng)適當推遲供油提前角。噴油壓力噴油壓力的變化影響燃燒過程，但對燃燒噪聲的并沒有太大影響。噴孔數(shù)量減少噴孔數(shù)量——著火延遲期縮短，有助于降低，氣缸的壓力頻譜曲線也相應(yīng)降低，尤其是中高頻將的更多些。但噴孔數(shù)量的減少會導(dǎo)致柴油機“油耗率”的惡化。供油規(guī)律較小的供油速率和較長的供油持續(xù)時間能降低壓力增長率，去可導(dǎo)致柴油機油耗率提高。3、運轉(zhuǎn)工況負荷當供油提前角一定時，負荷變化對燃燒噪聲的影響較小。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速提高——著火延遲期內(nèi)可燃混合氣數(shù)量增多，導(dǎo)致噪聲增高。4、增壓增壓后，氣缸內(nèi)的空氣充量密度、溫度和壓力增加，從而改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。對于增壓柴油機——最大爆發(fā)壓力有所增加，但其壓力增長率和壓力升高比卻變小，使柴油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲降低。5、燃燒的影響內(nèi)燃機噪聲源測定方法：降低內(nèi)燃機噪聲：一、內(nèi)燃機降噪基本方法：對于汽油機由于其本身的高速性，機械噪聲可能大于燃燒噪聲；對于柴油機由于本身工作的粗暴性，在較低轉(zhuǎn)速下燃燒噪聲要高于機械噪聲，隨著轉(zhuǎn)速的提高，兩者之間的相對關(guān)系會發(fā)生變化；風扇噪聲相對較小，但如果轉(zhuǎn)速顯著提高或是風冷內(nèi)燃機，其噪聲也會突出增大；進氣噪聲一般是不突出的，但采用增壓后也會明顯增加。降噪基本措施：一是從噪聲產(chǎn)生機理入手，致力于降低產(chǎn)生噪聲的聲源；二是減振隔振。二、降低燃燒噪聲：燃燒噪聲測量：1、卸下風扇除去風扇噪聲；2、用通風管從室外引進吸入空氣以除去進氣噪聲；3、將排氣管引至室外除去排氣噪聲，最后所測得的便可認為是燃燒噪聲。降低燃燒噪聲的基本方法：適當降低氣缸內(nèi)的壓力增長率。要降低柴油機的燃燒噪聲可以從以下兩個方面進行：降低氣缸壓力頻譜4）采用增壓不論是采用增壓的同時降低轉(zhuǎn)速或減小缸徑以保持功率不變，都可以有效降低燃燒噪聲。結(jié)構(gòu)衰減三、降低機械噪聲：降低活塞敲擊噪聲活塞對氣缸的敲擊噪聲占機械噪聲中的比例最大。減少活塞與氣缸之間的間隙；將活塞銷中心偏置氣缸中心線；其它措施。增加缸套剛度：不僅可以降低活塞的敲擊噪聲，也可以降低因活塞和缸壁摩擦而產(chǎn)生的噪聲。改進活塞和氣缸壁之間的潤滑狀況，增加活塞敲擊缸壁時的阻尼，也可以減小活塞敲擊噪聲。降低配氣機構(gòu)的機械噪聲氣門機構(gòu)的噪聲：在低速條件下主要是由傳動零件之間有間隙產(chǎn)生撞擊而產(chǎn)生的；在高轉(zhuǎn)速下，則可能由于氣門發(fā)生不規(guī)則運動產(chǎn)生“反彈”、“反跳”而加劇。采用頂置凸輪；凸輪型線緩沖曲線段的合理設(shè)計；采用不同形式的函數(shù)凸輪；采用液力挺柱降低齒輪傳動的噪聲齒輪傳動到來噪聲，內(nèi)燃機中很多部件都采用齒輪傳動：正時齒輪、噴油泵齒輪、分電器以及動力輸出裝置等。其中最主要的是正時齒輪噪聲。齒輪在嚙合與分離過程中產(chǎn)生的周期性沖擊具有的頻率稱為嚙合頻率：（Hz）式中：為轉(zhuǎn)速（r/min），為齒數(shù)。此外、齒輪制造過程中或多或少有一點偏心，使得齒輪在旋轉(zhuǎn)過程中嚙合的松緊程度發(fā)生周期性的變化，因而由嚙合引起的齒輪振動的幅值也作周期性變化，其頻率稱為回轉(zhuǎn)頻率：（Hz）式中：為轉(zhuǎn)速（r/min）。采用低噪聲齒輪——合理選擇齒輪形式、合理確定齒輪參數(shù)和選擇加工方法，適當提高加工精度。采用斜齒輪代替直齒輪，使重合度增加，輪齒上分擔的載荷變小，可減輕齒輪的振動，嚙合平穩(wěn)，減小嚙合沖擊噪聲。對齒輪的修緣也可起到降噪的作用：齒輪承載后的彈性變形和制造誤差，會使齒輪在嚙合時于齒根和齒頂處產(chǎn)生干涉；采用齒頂及齒根的修緣，可提高齒形方向的接觸精度。另外，齒輪承載可能會導(dǎo)致輪齒傾斜接觸，此問題可通過齒向修整，修成鼓形齒或兩端減薄齒。適當減小齒輪的側(cè)向間隙合理設(shè)計齒輪輪體齒環(huán)越厚越好，直徑越小越好；增加齒寬，減小直徑輻射面積，都可使齒輪降噪。合理選擇齒輪材料及配對合理選擇齒輪傳動系布置位置采用齒形同步帶或者鏈傳動驅(qū)動凸輪軸采用齒形同步帶傳動代替齒輪傳動可以明顯降低噪聲，但傳動效率低于齒輪傳動是其缺點。齒輪室蓋的減振和隔聲措施降低風扇和進氣、排氣噪聲降低風扇噪聲適當控制風扇速度采用葉片不均勻分布的風扇葉片均勻分布的風扇往往會產(chǎn)生一些聲壓級很高的有調(diào)成分，當葉片不均勻布置后，一般可降低風扇中那些突出的線狀頻譜成分，使噪聲頻譜較為平滑。用塑料風扇代替鋼板風扇在車用內(nèi)燃機上采用自動離合器風扇和散熱器系統(tǒng)要合理設(shè)計降低排氣噪聲降低進氣噪聲第十二章管道聲學(xué)及進氣系統(tǒng)的噪聲與振動分析進氣管截面積越大，功率損失越?。贿M氣管截面積越小，空氣噪聲越低——相矛盾。進氣系統(tǒng)噪聲主要是指進氣口處的噪聲，此噪聲源離車廂很近，對車內(nèi)噪聲貢獻很大，同時，進氣噪聲也是最主要的通過噪聲源。第十三章排氣系統(tǒng)的噪聲與振動第一節(jié)排氣系統(tǒng)的噪聲一、排氣系統(tǒng)噪聲聲源排氣系統(tǒng)噪聲源包含項說明解決途徑空氣噪聲發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的壓力波在排氣管道中傳播形成的噪聲空氣噪聲取決于排氣管道的直徑。在氣流量一定時，直徑越大，空氣噪聲越穩(wěn)定。沖擊噪聲減小沖擊噪聲——加大管道的過渡圓弧和漸進地改變結(jié)構(gòu)的變截面面積輻射噪聲包含機械振動、穩(wěn)定和不穩(wěn)定氣流解決途徑：減小流體聲波擾動，改變結(jié)構(gòu)特征（如：采用雙層板殼結(jié)構(gòu)、加阻尼）氣流摩擦噪聲1、形成紊流，擾動板振動并產(chǎn)生輻射噪聲；2、氣流傳到尾管形成噪聲。管壁盡可能光滑，避免管道中的突然轉(zhuǎn)彎，排氣管口避免有障礙物，使用吸聲材料。二、尾管噪聲分析尾管噪聲包含形成原因氣流類型空氣噪聲穩(wěn)定氣流造成流量小、速度低摩擦噪聲不穩(wěn)定氣流造成流量大、速度高三、排氣系統(tǒng)消聲容積：排氣系統(tǒng)消聲容積：指系統(tǒng)中所有設(shè)備容積之和。排氣系統(tǒng)中常見兩個消聲器：前置消聲器——抗性消聲器；后置消聲器——混合式消聲器。多數(shù)情況下，消聲容積指的就是這兩個消聲器容積之和。通常講，消聲容積越大，消聲效果越好。要達到理想消聲效果，消聲容積至少是發(fā)動機氣缸體積的10倍。消聲容積越大，插入損失越大，消聲效果越好；但其背壓也越大，功率損失也加大。但消聲容積增加到一定程度，消聲效果增加慢慢趨緩。消聲器越靠近發(fā)動機，消聲效果越好。四、排氣系統(tǒng)的背壓名詞解釋：指排氣多支管出口處的壓力與大氣壓之差。形成原因：管道對氣流的阻礙和氣流之間的摩擦阻礙。背壓與功率損失的關(guān)系：1、發(fā)動機功率與排氣背壓是一個線性關(guān)系；2、背壓越大，功率損失越大，發(fā)動機功率越低；3、背壓每增加1mmHg，功率損失約為0.7%。第二節(jié)排氣系統(tǒng)的振動排氣系統(tǒng)的振動分析包含：模態(tài)分析、動力分析和傳遞通道的靈敏度分析。排氣系統(tǒng)的振動源：發(fā)動機的機械振動、發(fā)動機的氣流沖擊、聲波激勵、車體振動。排氣系統(tǒng)模態(tài)分析：排氣系統(tǒng)模態(tài)分析設(shè)定指標影響頻率目標第1階垂向彎曲模態(tài)是排氣系統(tǒng)中最容易被發(fā)動機激勵起的模態(tài)，這兩模態(tài)也是最容易傳遞到車身并與車身發(fā)生共振。與發(fā)動機激勵頻率和車身固有頻率避開第1階橫向彎曲模態(tài)第1階扭轉(zhuǎn)模態(tài)和模態(tài)密度排氣系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計筆直，這樣振動模態(tài)少、好控制，且流體在流管中流動通暢，背壓小，功率損失小。此外，結(jié)構(gòu)簡單重量輕，成本低。第二十章汽車噪聲與振動評價噪聲振動評價包括：車內(nèi)噪聲與振動評價、系統(tǒng)和零部件的噪聲與振動評價、車外噪聲評價。車內(nèi)噪聲評價：反映一部車整體噪聲與振動水平，所以又叫整車評價（是汽車產(chǎn)品開發(fā)核心）。通過噪聲：汽