振動及噪聲(汽車新技術(shù))

1、 汽車系汽車系 岳東鵬岳東鵬汽車工業(yè)已經(jīng)是一個國家乃至全球經(jīng)濟(jì)的支柱 “能源與環(huán)境”是汽車和發(fā)動機(jī)工業(yè)在21世紀(jì)發(fā)展所面臨的兩大課題 最具有挑戰(zhàn)性的要求是解決噪聲、振動和行駛平順性（NVH） 30% 、10%、 60%、 75% 、 60% “低噪聲” 、 “低能耗” 、“低排放” 三個目標(biāo)為汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求，也成為推動發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展的原動力。結(jié)構(gòu)在平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動。結(jié)構(gòu)在平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動。動力學(xué)方程動力學(xué)方程振動和質(zhì)量振動和質(zhì)量M M，阻尼，阻尼C C和剛度和剛度K K，激勵力，激勵力f f有關(guān)有關(guān)單自由度系統(tǒng)：彈簧振子的固有頻率單自由度系統(tǒng)：彈簧振子的固有頻率

2、模態(tài)分析的概念模態(tài)分析的概念1 1固有頻率（包含模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度）固有頻率（包含模態(tài)質(zhì)量和模態(tài)剛度） 2. 2. 模態(tài)振型模態(tài)振型 3. 3. 阻尼比阻尼比 通過實驗或計算可以得到以上參數(shù)通過實驗或計算可以得到以上參數(shù)( (有限元方法有限元方法) )fKxxCxM mk21f階階 數(shù)數(shù)固有頻率（固有頻率（Hz） 模態(tài)阻尼比模態(tài)阻尼比（%） 1352.021.728 2502.140.327 3670.810.185 4715.800.148 5858.740.127 61135.690.189 71157.800.364 81396.580.318固有頻率（固有頻率（Hz）振型振型誤差誤差階

3、階次次實驗實驗值值計算計算值值1352365繞垂向的繞垂向的1階扭轉(zhuǎn)階扭轉(zhuǎn)3.6%2502515繞繞Y軸的軸的1階彎曲階彎曲2.5%3670主軸承的軸主軸承的軸向振動向振動4715760主軸承軸向主軸承軸向振動振動6 %5859833繞繞Y軸的軸的2階彎曲階彎曲3.1%61136機(jī)體在機(jī)體在XZ平面前后錯平面前后錯動動711571029機(jī)體繞機(jī)體繞X軸軸的的1階彎曲階彎曲2.4%813961493機(jī)體裙部高機(jī)體裙部高階彎曲振動階彎曲振動5.1 %固有頻率固有頻率（HzHz）階數(shù)階數(shù)振振 型型1531531 1繞繞X X軸的一階彎振軸的一階彎振1901902 2繞繞y y軸的一階彎振軸的一階彎振

4、4144143 3繞繞X X軸的二階彎振軸的二階彎振4684684 4繞繞Y Y軸的二階彎振軸的二階彎振4874875 5Z Z方向上一階縱振方向上一階縱振6156156 6繞繞Z Z軸的一階扭振軸的一階扭振6806807 7Z Z方向上二階縱振方向上二階縱振9239238 8繞繞Z Z軸的二階扭振軸的二階扭振曲軸的有限元模態(tài)分析曲軸的有限元模態(tài)分析采用能夠準(zhǔn)確反映采用能夠準(zhǔn)確反映實體特征的六面體單元實體特征的六面體單元建立了曲軸模型。最后建立了曲軸模型。最后把整個曲軸系統(tǒng)劃分為把整個曲軸系統(tǒng)劃分為5060個節(jié)點(diǎn)，個節(jié)點(diǎn)，3302個六個六面體單元。面體單元。 曲軸的有限元模態(tài)分析曲軸的有限元模

5、態(tài)分析階階數(shù)數(shù)固有頻率固有頻率(Hz)(Hz)試驗值試驗值計算值計算值1 1152.0152.0153.0153.02 2179.3179.3190.0190.03 3397.6397.64144144 4436.7436.74684685 5463.9463.94874876 6627.6627.66156157 7709.5709.56806808 8974.6974.6923923曲軸有限元和實驗?zāi)B(tài)分析曲軸有限元和實驗?zāi)B(tài)分析有限元模型的網(wǎng)格有限元模型的網(wǎng)格密度，單元節(jié)點(diǎn)數(shù)，密度，單元節(jié)點(diǎn)數(shù)，材料的物理性質(zhì)，如材料的物理性質(zhì)，如剛度、阻尼、泊松比剛度、阻尼、泊松比等對曲軸有限元計算等對

6、曲軸有限元計算的結(jié)果有影響。的結(jié)果有影響。 對應(yīng)振型固有頻對應(yīng)振型固有頻率的最大誤差不超過率的最大誤差不超過7%，可以認(rèn)為能夠滿，可以認(rèn)為能夠滿足工程的需要足工程的需要 。1、參數(shù)：位移，速度，加速度（幅值和頻率） 位移：低頻 速度：中頻 加速度：高頻2、峰值、有效值3、振動速度級、振動加速度級 ) t(asinat),asin(vt),asin(x24 4、振動烈度：振動烈度： 222zzyyxxsNvNvNvv中小功率柴油機(jī)振動限值標(biāo)準(zhǔn)中小功率柴油機(jī)振動限值標(biāo)準(zhǔn) 等級剛性支撐彈性支撐備注A0.714.50.717.1優(yōu)B4.511.27.118良C11.2-281845合格D28-1124

7、5112不合格整機(jī)振動整機(jī)振動結(jié)構(gòu)振動結(jié)構(gòu)振動軸系振動軸系振動-60000-50000-40000-30000-20000-100000100002000030000400001428312416520624728832937041145249353457561665769805000010000015000020000025000030000035000014283124165206247288329370411452493534575616657698-40000-200000200004000060000800001000001428312416520624728832937041145

8、2493534575616657698內(nèi)燃機(jī)整體作為剛體和懸置組成一振動系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)整體作為剛體和懸置組成一振動系統(tǒng)。 單質(zhì)量多彈性支撐系統(tǒng)，單質(zhì)量多彈性支撐系統(tǒng)，6 6個自由度的整機(jī)剛個自由度的整機(jī)剛 體運(yùn)動。內(nèi)燃機(jī)作體運(yùn)動。內(nèi)燃機(jī)作x x（垂向）、（垂向）、y y（縱向）、（縱向）、 z z（橫向）、（橫向）、 （平搖）、（平搖）、 （橫搖）、（橫搖）、 （縱搖）六個自由度的振動。（縱搖）六個自由度的振動。激勵力為各曲柄連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，活塞的激勵力為各曲柄連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，活塞的往復(fù)慣性力和活塞的側(cè)擊力引起的傾覆力矩。往復(fù)慣性力和活塞的側(cè)擊力引起的傾覆力矩。危害：降低工作的可靠性

9、危害：降低工作的可靠性 ( (各種管路，連接件各種管路，連接件) )；影響乘坐的舒適性等，所以有一個允許限值。影響乘坐的舒適性等，所以有一個允許限值。 控制措施：控制措施：a a：降低各種振動激勵：降低各種振動激勵( (各曲柄的連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，活塞的往復(fù)慣各曲柄的連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，活塞的往復(fù)慣性力、缸內(nèi)氣體力引起的傾覆力矩性力、缸內(nèi)氣體力引起的傾覆力矩) )。比如六缸機(jī)平衡性比四缸機(jī)好，。比如六缸機(jī)平衡性比四缸機(jī)好，1 1、2 2階往復(fù)慣性力和往復(fù)慣性力據(jù)都平衡，而四缸機(jī)的階往復(fù)慣性力和往復(fù)慣性力據(jù)都平衡，而四缸機(jī)的2 2階往復(fù)慣性階往復(fù)慣性力往復(fù)慣性力矩也沒有平衡。力往復(fù)慣性力矩也

10、沒有平衡。b b：模態(tài)參數(shù)：固有頻率避開這些激勵力的頻率。：模態(tài)參數(shù)：固有頻率避開這些激勵力的頻率。c c：隔振，合理設(shè)計發(fā)動機(jī)的懸置系統(tǒng)，減少振動的傳遞。：隔振，合理設(shè)計發(fā)動機(jī)的懸置系統(tǒng)，減少振動的傳遞。xyz固有頻率5.039.2511.3514.6216.0730.36彈性的內(nèi)燃機(jī)部件，如活塞、連桿、曲軸、機(jī)彈性的內(nèi)燃機(jī)部件，如活塞、連桿、曲軸、機(jī)體在燃燒力的作用下產(chǎn)生的彈性振動，考慮結(jié)體在燃燒力的作用下產(chǎn)生的彈性振動，考慮結(jié)構(gòu)的彈性，結(jié)構(gòu)為彈性體，而不是剛體，也就構(gòu)的彈性，結(jié)構(gòu)為彈性體，而不是剛體，也就是考慮結(jié)構(gòu)本身變形。是考慮結(jié)構(gòu)本身變形。 ( (如活塞和缸套間的撞擊，曲軸的扭振、縱

11、振、如活塞和缸套間的撞擊，曲軸的扭振、縱振、彎振，齒輪間的振動，曲軸和主軸承的振動。彎振，齒輪間的振動，曲軸和主軸承的振動。) )內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)振動和內(nèi)燃機(jī)噪聲密切聯(lián)系：主內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)振動和內(nèi)燃機(jī)噪聲密切聯(lián)系：主要包括機(jī)體、油底殼、齒輪室蓋、進(jìn)排氣管等要包括機(jī)體、油底殼、齒輪室蓋、進(jìn)排氣管等的振動，決定了內(nèi)燃機(jī)的輻射噪聲（除去進(jìn)氣的振動，決定了內(nèi)燃機(jī)的輻射噪聲（除去進(jìn)氣噪聲和排氣噪聲外）。噪聲和排氣噪聲外）。a a： 軸系扭振軸系扭振 b:b:軸系縱振軸系縱振 c:c:軸系彎振軸系彎振 扭轉(zhuǎn)振動是必然的，只是嚴(yán)重程度不同而已。扭轉(zhuǎn)振動是必然的，只是嚴(yán)重程度不同而已。后果：后果：a a：曲軸的疲勞

12、破壞：曲軸的疲勞破壞 b b：各缸工作配氣相位的改變：各缸工作配氣相位的改變減振措施減振措施: :模態(tài)分析模態(tài)分析/ /扭振減振器扭振減振器1 1、減小激振力、減小激振力: :平衡性，用動力學(xué)性能好的凸輪減小配氣機(jī)構(gòu)的平衡性，用動力學(xué)性能好的凸輪減小配氣機(jī)構(gòu)的振動，減小活塞的橫向運(yùn)動，消除柴油機(jī)工作粗暴振動，減小活塞的橫向運(yùn)動，消除柴油機(jī)工作粗暴2 2、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免共振：軸系慣量（皮帶輪和飛輪、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免共振：軸系慣量（皮帶輪和飛輪) )。機(jī)體。機(jī)體的固有頻率，一些罩殼類的零件加筋改變固有頻率。的固有頻率，一些罩殼類的零件加筋改變固有頻率。3 3、減振：、減振：a a：減振器：扭

13、振動力吸振器：減振器：扭振動力吸振器 b b：增加阻尼，比如硅油減振器，阻尼鋼板制作油底殼：增加阻尼，比如硅油減振器，阻尼鋼板制作油底殼4 4、控制振動的傳遞，采用彈性支撐（阻尼）、控制振動的傳遞，采用彈性支撐（阻尼） 動力隔離動力隔離: :積極隔振積極隔振, ,減少振動的傳出減少振動的傳出, ,比如減小發(fā)動機(jī)振動比如減小發(fā)動機(jī)振動到車輛的傳遞到車輛的傳遞( (合理設(shè)計懸置系統(tǒng)合理設(shè)計懸置系統(tǒng)) ) 運(yùn)動隔離運(yùn)動隔離: :消極隔振消極隔振, ,減少振動的傳入減少振動的傳入. .比如駕駛室儀表隔振比如駕駛室儀表隔振l噪 聲 通 常 定 義 為 “”(unwanted sound)，是一種環(huán)境現(xiàn)象

14、。人一生都暴露在有噪聲的環(huán)境中。噪聲也可看成是一種環(huán)境污染物，一種由人類各種活動產(chǎn)生的廢物。它會對個人造成生理或心理上的不良影響，或可能干擾個人或團(tuán)體的社會活動，包括語言交流、工作、休息、娛樂、睡眠等活動。l通過人們的生活方式而產(chǎn)生的廢物，一般可分為兩種類型：最為大眾熟知，即空氣、水以及固體廢物污染所造成的大量殘留物，這些殘留物長期滯留于環(huán)境中；而以殘留的能量形式存在，如來自制造過程的廢熱將造成河流的熱污染，而以聲波形式存在的能量是另一種殘留形式的能量，但幸運(yùn)的是它們在環(huán)境中的存在時間并不長，且這些以聲波形式分散的總能量與其他形式的能量比較起來并不大。耳朵對噪聲極其敏感，少量的聲能進(jìn)入耳朵后，

15、會對人和其他生物造成不良影響。l噪聲對人的影響分為以下兩種：聽覺影響(auditory effects)和心理-社會影響。聽覺上的影響包括聽力損失和語言交流干擾。心理-社會方面的影響包括煩惱、睡眠干擾、工作效率影響和聲音的隱私性。l年輕且聽力健康的成年男性，其耳朵可感受到頻率范圍為2016000Hz的聲波。幼童和婦女則經(jīng)常具有感受高達(dá)20000Hz頻率聲波的能力。講話的頻率范圍為5002000Hz。耳朵對20005000Hz的頻率范圍最敏感，在此頻率范圍內(nèi)可以感受到的最小聲壓為20Pa。l足夠強(qiáng)度與持久性的噪聲能導(dǎo)致暫時的或永久性的聽力損失，從輕微的聽力減弱到幾乎完全耳聾。一般而言，當(dāng)暴露于強(qiáng)

16、度足夠高的聲源時會造成暫時性的聽力損失。若暴露持續(xù)一段時間，則會導(dǎo)致永久性的聽力減弱。干擾語言交流和對其他聽覺信號的認(rèn)知，妨礙睡眠和休閑，降低人們進(jìn)行復(fù)雜工作的能力，導(dǎo)致生活質(zhì)量降低。l噪聲直到近些年才被廣泛認(rèn)為是一種的嚴(yán)重的環(huán)境污染物，且具有潛在的危險，原因有以下幾點(diǎn)：將噪聲定義為“不需要的聲音”是很主觀的，被某人認(rèn)為是噪聲的聲音，卻可能被另外一人喜愛。，不像空氣污染物和水污染物那樣長期存在于環(huán)境中，因此當(dāng)人們設(shè)法去降低、控制或抱怨環(huán)境噪聲時，該噪聲可能已不再存在。其影響結(jié)果的出現(xiàn)是漸進(jìn)的，以致于很難將原因與結(jié)果聯(lián)系在一起。實際上，一些聽覺可能已經(jīng)受到噪聲影響的人，卻不認(rèn)為有什么問題。普通公

17、民均以國家科技的進(jìn)步為榮，他們都很高興看到快速運(yùn)輸工具、節(jié)省人力的設(shè)施和新的娛樂設(shè)施的出現(xiàn)。不幸的是，1 1、聲壓、聲強(qiáng)和聲功率的概念、聲壓、聲強(qiáng)和聲功率的概念2 2、聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級的概念、聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級的概念3 3、聲音的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、聲音的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)l若基準(zhǔn)聲功率(Q0)已指定，則dB具有物理意義。對于噪聲的測量，基準(zhǔn)聲功率規(guī)定為1pW，因此聲功率級可以表示為：l由上式計算得到的聲功率級的單位為dB。l為了測量噪聲，基準(zhǔn)聲強(qiáng)取lpW/m2，因此聲強(qiáng)級可按下式計算：l規(guī)定基準(zhǔn)壓力為20Pa。1210lg10WLw1210lg10ILI0202)()(lg20)()(lg10rm

18、srmsrmsrmspppppLu噪聲測量方法標(biāo)準(zhǔn)噪聲測量方法標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范規(guī)范) 共共67個個u有關(guān)振動方面的標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)振動方面的標(biāo)準(zhǔn), 包括城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)等包括城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)等 共共50項項1 1、聲壓：聲級計（考慮本底噪聲）、聲壓：聲級計（考慮本底噪聲）2 2、聲強(qiáng)：雙傳聲器聲強(qiáng)計、聲強(qiáng)：雙傳聲器聲強(qiáng)計3 3、聲功率：通過聲強(qiáng)（或聲壓）得到、聲功率：通過聲強(qiáng)（或聲壓）得到。 雙傳聲器探頭 聲強(qiáng)測量系統(tǒng) NiKLppipiNL11 . 0101lg10內(nèi)燃機(jī)噪聲氣體動力噪聲（直接輻射）表面噪聲（內(nèi)燃機(jī)表面間接輻射）排氣噪聲進(jìn)氣噪聲風(fēng)扇噪聲燃燒噪聲機(jī)械噪聲活塞敲擊噪聲氣閥機(jī)構(gòu)噪聲齒輪噪

19、聲噴油泵噪聲部件振動噪聲圖 2-2 自然吸氣和增壓柴油機(jī)噪聲比較909498102106110123456789不同測點(diǎn)號聲壓級 dBA4102BQ :116.5 dBA4102BZQ:114.3 dBA0360720-4000040008000活塞側(cè)壓力 F/N曲軸轉(zhuǎn)角 發(fā)動機(jī)總噪聲級和振動與車速的關(guān)系發(fā)動機(jī)總噪聲級和振動與車速的關(guān)系 總噪聲和平均振動速度級與發(fā)動機(jī)負(fù)荷的關(guān)系總噪聲和平均振動速度級與發(fā)動機(jī)負(fù)荷的關(guān)系平均振動速度級，dBA振動速度1.76L四缸四沖程柴油機(jī)試驗工況：全負(fù)荷 1000 2000 3000 4000 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min總聲壓級，dBA 平均振動加速度級，dBA6

20、0708013090100120110140150總聲壓級，dBA 平均振動加速度級，dBA102030負(fù)荷%02550振動測量工況，1000r/min發(fā)動機(jī)噪聲1000r/min6070801075100203080噪聲振動加速度平均振動速度級，dBA4050706010090發(fā)動機(jī)噪聲4000r/min振動速度90100120110振動加速度40507060l1、油 底 殼 （ 左 ）曲 軸 箱 （ 左 ）油 泵缸 體 （ 左 ）進(jìn) 氣 管空 濾 器氣 門 室 罩氣 門 室 罩氣 門 室 罩排 氣 管側(cè) 蓋側(cè) 蓋消 聲 器輪 室 罩正 時 齒皮 帶 輪蓋缸缸蓋曲 軸 箱 （ 右 ）油 底

21、殼 （ 右 ）油底殼底面0.335m2油底殼前端面0.073m2油底殼后端面(覆蓋)油底殼側(cè)面0.160m2油底殼側(cè)面0.160m2機(jī)體與曲軸箱0.670m2機(jī)體與曲軸箱0.670m2油泵0.116m2氣缸蓋0.128m2氣缸蓋0.128m2氣門室罩側(cè)面0.175m2氣門室罩側(cè)面0.175m2氣門室罩上面0.321m2氣門室罩前面0.050m2氣門室罩后面0.050m2氣缸蓋前端面0.037m2氣缸蓋后端面0.037m2前齒輪室蓋0.366m2皮帶輪0.091m2油底殼0.072m2冷卻器0.026m2后端罩殼0.026m2進(jìn)氣歧管0.268m2排氣歧管0.249m2渦輪增壓器0.203m2前

22、后阻尼控制：用復(fù)合鋼板制作油底殼或采用框架結(jié)構(gòu)阻尼控制：用復(fù)合鋼板制作油底殼或采用框架結(jié)構(gòu) (TJ376QE(TJ376QE油底殼振動速度級下降油底殼振動速度級下降1.1 dBA1.1 dBA CY4102Q, CY4102ZQ CY4102Q, CY4102ZQ整機(jī)噪聲下降整機(jī)噪聲下降 1.2dBA )1.2dBA )圖 7-23 改進(jìn)前后油底殼振動頻譜50607080901001102002503154005006308001000125016002000250031501/3倍頻程中心頻率振動速度級 dBA(參考值：1mm/s)改進(jìn)前3600轉(zhuǎn)/分改進(jìn)前4800轉(zhuǎn)/分改進(jìn)前5400轉(zhuǎn)/分

23、改進(jìn)后3600轉(zhuǎn)/分改進(jìn)后4800轉(zhuǎn)/分改進(jìn)后5400轉(zhuǎn)/分圖 7-24 CY4102BQ不同油底殼對噪聲的影響949698100102104106123456789不同測點(diǎn)聲壓級 dBA普通鋼板油底殼：116.5dBA阻尼鋼板油底殼: 115.7dBA框架結(jié)構(gòu)油底殼：115.3dBA降低燃燒噪聲降低燃燒噪聲結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上( (加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度/ /加加筋筋/ /壁厚壁厚/ /改變結(jié)構(gòu)形式改變結(jié)構(gòu)形式/ / 隔板隔板) )6 6級精度齒輪代替級精度齒輪代替5 5級精度級精度齒輪后，整機(jī)噪聲下降不齒輪后，整機(jī)噪聲下降不到到0.2dBA,0.2dBA,降低齒輪噪聲需降低齒輪噪聲需要和其他降噪

24、措施結(jié)合才要和其他降噪措施結(jié)合才能效果顯著。能效果顯著。采用排氣消聲器和隔聲罩采用排氣消聲器和隔聲罩圖 7-26不同精度齒輪對噪聲的影響9296100104108123456789不同測點(diǎn)聲壓級 dBA5級精度齒輪：116.5 dBA6級精度齒輪：116.3 dBA汽車分類國內(nèi)02年標(biāo)準(zhǔn)歐盟標(biāo)準(zhǔn)05年前05年后9 0年9 6年M1；77747774M2(GVM3.5t),或N1(GVM3.5t)；GVM=2t2tGVM=3.5t7879767778797677M2(3.5GVM5t)；P=150kW8285808380837880N2(3.5tGVM12t)；P75kW75kW=P=150kW

25、838689818384818384777880M1-3-載客汽車；N1-3-載貨汽車；GVM-最大總質(zhì)量（t）；M1(S9)M2(S9)M3(S9)小于.5噸車輛5年前采用歐90年標(biāo)準(zhǔn)，05年后采用歐96年標(biāo)準(zhǔn)大于.5噸車輛，05年后采用歐90年標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)1米聲壓級在95-97dBA之間才能可靠滿足歐盟90年限值 （我國3.5t以下車輛05年前限值， 3.5t以上車輛05后年限值）。發(fā)動機(jī)1米聲壓級要在93-95dBA之間才能可靠滿足歐盟96年限值（我國3.5t以下車輛05年后限值）沒有采取任何降噪措施的發(fā)動機(jī)1米聲壓級在級在97-102dBA之間 。YC6108GYC6108GCY6102

26、BCY6102BCY4102BZLCY4102BZLJX493ZQJX493ZQTJ376QETJ376QE按按19751975年公式預(yù)測年公式預(yù)測100.5100.5103.3103.3101.5101.5102.7102.7102.6102.6按按19921992年公式預(yù)測年公式預(yù)測95.995.998.798.797.397.398.598.598.498.41 1米聲壓級實測值米聲壓級實測值100.0100.0104.4104.4101.8101.899.599.598.598.5 我國內(nèi)燃機(jī)噪聲水平我國內(nèi)燃機(jī)噪聲水平國內(nèi)為數(shù)不少的發(fā)動機(jī)在噪聲指標(biāo)方面是相當(dāng)落后的，難以滿足新的車輛噪聲

27、法規(guī)要求。有較大的改進(jìn)余地。激勵源產(chǎn)生振動激勵源產(chǎn)生振動振動傳遞過程振動傳遞過程機(jī)器表面輻射噪聲機(jī)器表面輻射噪聲 從激勵源上降低噪聲的困難從激勵源上降低噪聲的困難 燃燒噪聲的降低往往是和提高經(jīng)濟(jì)性能和改善排放互相矛盾燃燒噪聲的降低往往是和提高經(jīng)濟(jì)性能和改善排放互相矛盾 活塞銷向主推力側(cè)偏置活塞銷向主推力側(cè)偏置/ 提高加工精度提高加工精度從噪聲傳播過程來降低燃燒噪聲是可行的從噪聲傳播過程來降低燃燒噪聲是可行的 發(fā)動機(jī)曲軸和機(jī)體主軸承模態(tài)特性是一個重要的因素發(fā)動機(jī)曲軸和機(jī)體主軸承模態(tài)特性是一個重要的因素;可以可以通過合理設(shè)計、改進(jìn)使主軸承的振動模態(tài)避開曲軸的振動模態(tài)，通過合理設(shè)計、改進(jìn)使主軸承的振

28、動模態(tài)避開曲軸的振動模態(tài)，避免曲軸和主軸承產(chǎn)生共振，減小曲軸振動對主軸承振動的影避免曲軸和主軸承產(chǎn)生共振，減小曲軸振動對主軸承振動的影響，從而可以減小機(jī)體裙部的振動，降低機(jī)體噪聲輻射響，從而可以減小機(jī)體裙部的振動，降低機(jī)體噪聲輻射從噪聲輻射方面應(yīng)該作為一個主要手段從噪聲輻射方面應(yīng)該作為一個主要手段 ）噪聲源識別技術(shù)噪聲源識別技術(shù)：在內(nèi)燃機(jī)噪聲控制中占有重要地位，合理在內(nèi)燃機(jī)噪聲控制中占有重要地位，合理控制內(nèi)燃機(jī)噪聲，首先應(yīng)對振源和振源的產(chǎn)生部位，聲源的特性控制內(nèi)燃機(jī)噪聲，首先應(yīng)對振源和振源的產(chǎn)生部位，聲源的特性（包括聲源的類別、聲級的大小、頻率特性、變化規(guī)律和傳播規(guī)律（包括聲源的類別、聲級的大

29、小、頻率特性、變化規(guī)律和傳播規(guī)律等）進(jìn)行準(zhǔn)確的測量、分析，然后根據(jù)振動噪聲的大小，結(jié)合內(nèi)燃等）進(jìn)行準(zhǔn)確的測量、分析，然后根據(jù)振動噪聲的大小，結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的具體特點(diǎn)，采取相應(yīng)的措施，降低主要噪聲源所產(chǎn)生的噪聲。機(jī)的具體特點(diǎn)，采取相應(yīng)的措施，降低主要噪聲源所產(chǎn)生的噪聲。）準(zhǔn)確分離內(nèi)燃機(jī)這樣復(fù)雜的機(jī)器的噪聲源是比較困難的，傳統(tǒng)的）準(zhǔn)確分離內(nèi)燃機(jī)這樣復(fù)雜的機(jī)器的噪聲源是比較困難的，傳統(tǒng)的試驗方法如鉛覆蓋法、分別運(yùn)轉(zhuǎn)法由于它們或是測量周期長，對場試驗方法如鉛覆蓋法、分別運(yùn)轉(zhuǎn)法由于它們或是測量周期長，對場地要求較高，或是精度較差難以得到普遍應(yīng)用。近年來由于高速計地要求較高，或是精度較差難以得到普遍應(yīng)用。近年

30、來由于高速計算機(jī)、信號處理技術(shù)、計算技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，一些新的算機(jī)、信號處理技術(shù)、計算技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，一些新的測試手段如聲強(qiáng)法、聲全息、激光全息攝影、小波分析、試驗?zāi)B(tài)測試手段如聲強(qiáng)法、聲全息、激光全息攝影、小波分析、試驗?zāi)B(tài)分析等測試方法不斷發(fā)展并逐漸應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)振動噪聲分析中，極分析等測試方法不斷發(fā)展并逐漸應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)振動噪聲分析中，極大地推動了內(nèi)燃機(jī)振動噪聲分析技術(shù)的發(fā)展。大地推動了內(nèi)燃機(jī)振動噪聲分析技術(shù)的發(fā)展。 一臺增壓直噴式四缸四沖程柴油機(jī)和某型號的中型乘用汽車表面噪聲進(jìn)行聲強(qiáng)的測量，其測量結(jié)果如圖所示。從中可以看出聲強(qiáng)測量法可以較好的對表面噪聲進(jìn)行測量。 a)等聲

31、強(qiáng)線云圖 b)等聲強(qiáng)線三維圖整機(jī)表面等聲強(qiáng)線圖 整車表面等強(qiáng)線云圖 左側(cè)面三維聲強(qiáng)線圖 圖 7-6 JX493ZQ標(biāo)定工況下各部件噪聲頻譜3050709011010016025040063010001600250040001/3倍頻程中心頻率 Hz聲功率 dBA齒輪室蓋機(jī)體油底殼進(jìn)氣管排氣管氣門室蓋圖 7-7 發(fā)動機(jī)各部件聲功率707580859095100105110進(jìn)氣管排氣管齒輪室蓋噴油泵機(jī)體氣門室蓋變速箱油底殼總聲功率聲功率 dBA怠速工況最大扭矩標(biāo)定工況圖 7-11 采用鉛覆蓋法時部分測點(diǎn)聲壓級859095100105110平均上面排氣側(cè)進(jìn)氣側(cè)前面不同測點(diǎn)聲壓級dBA全覆蓋拆齒輪室蓋

32、拆缸蓋拆油底殼拆消聲器圖7-14 部分部件聲功率1/3倍頻程頻譜354555657585951051150.10.16 0.250.40.6311.62.546.3頻率（kHz）聲功率Lw/dB(A)缸蓋罩殼油底殼曲軸箱排氣管面積面積 m 2 加速加速度度速度速度Mm/ s聲功聲功率率dB(A)百分百分比比%缸蓋罩殼缸蓋罩殼0.2919427.1108.129.9消聲器消聲器0.6016023.4106.420.2油底殼油底殼0.6010629.3105.215.4曲軸箱曲軸箱0.4213616.6104.713.9排氣管排氣管0.2215530.0101.05.8齒輪室蓋齒輪室蓋0.0613

33、824.598.93.6進(jìn)氣管進(jìn)氣管0.307522.198.63.4機(jī)體頭部機(jī)體頭部0.41778.298.33.2飛輪殼飛輪殼0.208613.597.93.6空濾器空濾器0.37303.091.10.6總和總和2.92112.4100圖7-13 部分部件振動速度1/3倍頻程頻譜02468101214160.10.16 0.250.40.6311.62.546.3頻率（k Hz)振動速度v /mms-1缸蓋罩殼油底殼曲軸箱排氣管60年代末開始降低發(fā)動機(jī)噪聲的研究。近十幾年來，加快了低噪聲發(fā)動機(jī)的研究步伐，除了試驗研究外，采用有限元和邊界元相結(jié)合方法進(jìn)行發(fā)動機(jī)噪聲模擬分析已經(jīng)取得了眾多的研究

34、成果。A V L ( E X C I T E ) , RICARDO(ENGDYN),FEV(ENGINE)StructureBorneNoiseAirBorneNoiseInteriorNoisePass-ByNoiseVibrationAnalysisEntire Power UnitEngineCompartmentEntire Vehicle Structure“Low”Frequency低頻 500 HzSimulationModelsFEM + EXCITEFEM + EXCITE500 - 3500 HzFEMBEMFEMBEM模態(tài)分析ModalAnalysisFEM發(fā)動機(jī)噪聲E

35、ngine Noise直接噪聲激勵Direct Noise Excitation間接噪聲激勵I(lǐng)ndirect Noise Excitation燃燒噪聲Combustion Noise機(jī)械噪聲Mechanical NoiseExhaust SystemIntake SystemFanPiston+PistonSlapCon.RodCrank ShaftCam Shaft DriveValvesCam ShaftGeneratorServo PumpTurbo ChargerCrank TrainTiming DriveAuxiliaries直接direct間接indirect“外部Externa

36、l”噪聲途徑NoisePath“內(nèi)部Internal”噪聲途徑NoisePathn結(jié)構(gòu)噪聲StructureBorneNoisen空氣噪聲AirBorneNoisen進(jìn)排氣口噪聲OrificeNoise數(shù)據(jù)恢復(fù)DATA RECOVERY SurfaceVelocitiesCAD3DModels部件Con.Rod, Crankshaft, Camshaft, Engine Structure, AuxilliariesDynamicAnalysisSurfaceVelocitiesCAD-SystemFEPre-ProcessorFEMSolverEXCITEUtilityWorkflow縮減C

37、ondensation( Craig-Bampton) Post-ProcessingFEM求解器Solver模態(tài)分析Modal Analysis強(qiáng)迫響應(yīng)分析Forced Response Analysis FEMSolver數(shù)據(jù)恢復(fù)Internal Data Recovery using EXCITENVH AnalysisTrainingExample2模型機(jī)體模態(tài)分析有限元預(yù)處理動靜縮減質(zhì)量剛度矩陣曲軸模型質(zhì)量剛度矩陣動靜縮減有限元預(yù)處理固有頻率的比較組裝確定質(zhì)量確定剛度模型組裝模型組裝有限元求解器整體模態(tài)分析模型替代模型關(guān)聯(lián)部件軸系動力總成動力總成動力學(xué)分析和計算方法 MSC/PATR

38、AN MSC/NASTRAN 曲軸系統(tǒng)多體分析模型曲軸系統(tǒng)多體分析模型將活塞組件、連桿組件、飛輪、扭振減振器內(nèi)環(huán)、皮帶輪、柔性曲軸，組裝在一起，在活塞頂部施加氣缸力。建立曲軸系統(tǒng)多體系統(tǒng)模型。內(nèi)燃機(jī)振動噪聲虛擬樣機(jī)模型內(nèi)燃機(jī)振動噪聲虛擬樣機(jī)模型將有限元方法、多體系統(tǒng)仿真和流體動力學(xué)軸承仿真技術(shù)結(jié)合在一起的虛擬樣機(jī)技術(shù)。法國PEUGEOT CITROEN發(fā)動機(jī)通過對主軸承隔板處的加強(qiáng)筋進(jìn)行優(yōu)化，在3000-4500rpm 的速度范圍內(nèi)米聲壓級下降了2dB,而重量僅增加0.8kg。 FEV用有限元法對某柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行噪聲優(yōu)化用有限元法對某柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行噪聲優(yōu)化,整機(jī)噪聲降低整機(jī)噪聲降低4dB，重量僅增加，重量僅增加5%一處改進(jìn)是對主軸承部位增加水平、豎直方向一處改進(jìn)是對主軸承部位增加水平、豎直方向加強(qiáng)筋，并對這些加強(qiáng)筋