張立成?肖志杰

摘 要：噪音歷來是發(fā)動機設(shè)計中難以解決的問題之一，涉及的影響因素很多，和制造、裝配、設(shè)計以及材質(zhì)都密切相關(guān)，任何一個微小的誤差都有可能導(dǎo)致發(fā)動機噪音大，直接影響著客戶是否會選擇買這輛車。本文主要針對某款高端發(fā)動機的怠速噪音進行測試、計算和分析，找出影響怠速噪音大的主要原因。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速波動；剛度；頻率

1.問題描述

某款發(fā)動機在新機試裝階段反映怠速聲音有明顯的異響聲，經(jīng)現(xiàn)場確定發(fā)現(xiàn)曲軸箱在怠速時有明顯的“咔嚓咔嚓”聲，且聲音比較大。發(fā)動機實驗人員反映發(fā)動機產(chǎn)生了噪音。

2.噪音測試分析

在半消音室內(nèi)，對問題發(fā)動機進行振動噪音測試，消音室的背景噪音為20dB，同步采集發(fā)動機的振動信號和噪音信號。測量時在發(fā)動機曲軸軸承座、離合器邊蓋上布置振動傳感器，在發(fā)動機前后左右分別布置噪音傳感器，考察各個部位的振動噪音數(shù)據(jù)。

3.振動噪音測試數(shù)據(jù)分析

通過離合器處的噪音頻譜圖數(shù)據(jù)（圖1）可以看出，離合器怠速噪音大的主要頻率段集中在2300Hz～2900Hz， 和低頻的590Hz。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗，2300Hz～2900Hz很有可能是箱體的共振頻率，590Hz為離合器的敲擊頻率。經(jīng)過濾波數(shù)據(jù)分析，只要能把2300Hz～2900Hz的噪音能量降低，整個發(fā)動機的聲音就能達到一個比較理想的效果。怠速轉(zhuǎn)速為1500RPM，離合器嚙合齒數(shù)為23齒，計算出齒輪的嚙合頻率為575Hz，和測試敲擊頻率590Hz比較吻合（因為有轉(zhuǎn)速波動）。通過計算進一步確定590Hz為怠速噪音的激勵源。

（1）激勵頻率的確定。從測試數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)來看，怠速噪音的激勵源為離合器齒輪的嚙合沖擊所致，為了進一步驗證噪音的激勵源是由于離合器齒輪嚙合沖擊導(dǎo)致，采用排除法，進行發(fā)動機倒拖實驗，在半消音室臺架實驗室，用直流電機倒拖發(fā)動機消除點火轉(zhuǎn)速波動的影響來考察曲軸箱的怠速噪音。實驗下來，在同轉(zhuǎn)速的工況下倒拖發(fā)動機曲軸箱沒有異常的噪音。發(fā)動機點火時怠速的噪音消失。從而可以得出初步的結(jié)論：由于轉(zhuǎn)速波動大導(dǎo)致離合器齒輪嚙合沖擊力變大，從而導(dǎo)致噪音。

（2） 發(fā)動機離合器嚙合激勵分析。①轉(zhuǎn)速波動測試分析。采用高速攝影設(shè)備測量的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速波動，考察實際的發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動系，判斷是否能滿足。通過發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)波動的數(shù)據(jù)測試來看，初始狀態(tài)的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速波動有點大，波動系數(shù)為0.22，這個數(shù)據(jù)高于控制參數(shù)范圍。降低曲軸轉(zhuǎn)速波動的措施：適當增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；適當調(diào)整點火角度。調(diào)整后的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速波動系數(shù)為0.08，基本上能滿足消除噪音的要求。②離合器緩沖系統(tǒng)的剛度特性分析。從噪音數(shù)據(jù)上看，離合器的嚙合沖擊比較大，導(dǎo)致嚙合沖擊大的主要原因除了轉(zhuǎn)速波動大外，還有一個主要的因素就是緩沖扭振系統(tǒng)設(shè)計得是否合理。離合器緩沖扭振系統(tǒng)的主要功能是減少沖擊力，所以在設(shè)計時要合理匹配好系統(tǒng)剛度特性，和阻尼特性才能較好地發(fā)揮扭轉(zhuǎn)減震的功能。通過解體離合器發(fā)現(xiàn)，造成離合器扭轉(zhuǎn)剛度大的主要原因是扭轉(zhuǎn)彈簧用錯，導(dǎo)致系統(tǒng)的剛度大大提高，從而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)減震器沒有起到作用，引發(fā)嚙合噪音大的問題。

4.改后數(shù)據(jù)對比分析

按照降低激勵的思路，通過優(yōu)化曲軸的轉(zhuǎn)速波動和離合器扭轉(zhuǎn)減震器的剛度特性來調(diào)整發(fā)動機怠速曲軸箱噪音大的問題。從測試數(shù)據(jù)來看，方案修改后離合器出的噪音總的聲壓級下降了3.5dB，從頻譜數(shù)據(jù)來看，箱體固有頻率激發(fā)出來的噪音能量大幅度下降，下降了8dB（2500Hz），且離合器的嚙合噪音也大幅度下降（圖2、圖3）。

綜上所述，引起該發(fā)動機噪音大的主要原因是：①曲軸的轉(zhuǎn)速波動大，導(dǎo)致沖擊大；②離合器的扭轉(zhuǎn)減震器大， 導(dǎo)致嚙合沖擊大。通過降低發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速波動，以及合理匹配離合器扭轉(zhuǎn)減震器的剛度阻尼特性，能很好地減小發(fā)動機的噪音。

參考文獻：

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[2]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2007.

（作者單位：浙江錢江摩托股份有限公司）