歐陽(yáng)彩云，陳友祥，邱若友，韓丹

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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設(shè)究計(jì)研究

某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲分析及優(yōu)化

歐陽(yáng)彩云，陳友祥，邱若友，韓丹

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,針對(duì)某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)論證了降低張緊輪張緊力、優(yōu)化輪系的安裝位置可以有效提升正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)的NVH水平。

正時(shí)系統(tǒng)；張緊力；噪聲

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.004

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-09-03

引言

正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的重要組成部分，起著準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)、排氣門(mén)。也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵、水泵等附屬裝置。

由于正時(shí)皮帶噪聲小、傳動(dòng)精確、輕量化的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)。但正時(shí)皮帶與齒輪嚙合所產(chǎn)生的噪聲依然是配氣機(jī)構(gòu)的主要噪聲源。本文根據(jù)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲機(jī)理，通過(guò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)提升正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能。

1、正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲機(jī)理

正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但其影響其噪聲的因素卻非常復(fù)雜。正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲的主要包括如下：1.正時(shí)皮帶與帶輪嚙合過(guò)程中產(chǎn)生的復(fù)雜的嚙合噪聲；2.正時(shí)皮帶擺動(dòng)產(chǎn)生類(lèi)似撥動(dòng)琴弦的噪聲；3.正時(shí)輪系共振產(chǎn)生的噪聲；4.正時(shí)皮帶與輪系摩擦產(chǎn)生的摩擦噪聲。

正時(shí)皮帶與帶輪嚙合會(huì)產(chǎn)生周期性沖擊，則引起具有一定規(guī)律的噪聲，噪聲頻率為：

式中N為正時(shí)帶輪的齒數(shù)，n是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）。

當(dāng)正時(shí)皮帶的固有頻率與嚙合頻率相同或者接近時(shí)，兩者產(chǎn)生共振，則該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能惡化，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。

正時(shí)皮帶的固有頻率計(jì)算公式為：

其中：F為皮帶張緊力（N），l為皮帶跨距（m），m為單位皮帶重量（kg/m）。

2、某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲特征

某2.0NA發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)半消聲室進(jìn)行NVH測(cè)試時(shí)，在怠速工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)前方存在明顯的“咕?！緡！敝芷谛缘脑肼?，聲品質(zhì)較差，此發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為800rpm。

在發(fā)動(dòng)機(jī)前方1m聲壓級(jí)曲線以及在colourmap圖中可以看出，在頻率為320HZ-360HZ左右存在明顯的峰值。

圖1　聲壓級(jí)曲線

圖2　colourmap圖

通過(guò)去除發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件皮帶，該噪聲依然存在，初步判斷噪聲是由正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)引起的。

3、某正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲優(yōu)化

3.1該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)曲軸正時(shí)帶輪齒數(shù)為24，并且采用機(jī)械自動(dòng)張緊輪，同時(shí)該輪系還用于驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵，該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)置圖如下：

圖3　正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)布置圖

3.2該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲分析

由于正時(shí)帶輪齒數(shù)為24，根據(jù)帶輪嚙合噪聲頻率公式，該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)在怠速工況下嚙合頻率為320HZ，與聲壓級(jí)曲線和colourmap中的噪聲頻率吻合。

根據(jù)各輪系位置坐標(biāo)及各段皮帶跨距，各段皮帶的振動(dòng)頻率如下：

表1　

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在機(jī)油泵帶輪與惰輪之間皮帶存在321HZ-380HZ的固有振動(dòng)頻率，同時(shí)在張緊輪與曲軸正時(shí)帶輪之間存在279HZ-342HZ的固有振動(dòng)頻率，這兩處皮帶固有頻率與該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)的嚙合頻率接近，容易引起共振導(dǎo)致噪聲，故對(duì)這兩處進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化。

3.3該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)上述該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的原因分析，需要避免機(jī)油泵帶輪與惰輪、張緊輪與曲軸正時(shí)帶輪之間皮帶固有頻率與嚙合頻率產(chǎn)生共振。由于嚙合頻率一定，故需要通過(guò)改變兩段皮帶股的固有頻率，根據(jù)固有頻率的影響因素，同時(shí)考慮到工程上優(yōu)化的方便性及可行性，重點(diǎn)通過(guò)以下兩方面改變固有頻率：

3.3.1正時(shí)皮帶張緊力（張緊輪名義張力）

當(dāng)前該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)采用自動(dòng)機(jī)械張緊輪，安裝后名義張力為400N。

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于汽油機(jī)的正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)，400N的名義張緊力相對(duì)過(guò)大，在保證該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)性能滿足要求不發(fā)生跳齒風(fēng)險(xiǎn)的情況下，將張緊輪的名義張緊力降低到330N。

3.3.2輪系間正時(shí)皮帶跨距

圖4　優(yōu)化后正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)布置圖

由于機(jī)油泵帶輪與惰輪之間的皮帶處于正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)緊邊，僅通過(guò)降低張緊輪的名義張緊輪對(duì)該段皮帶皮帶張力在怠速工況下影響不大，故需要通過(guò)優(yōu)化惰輪的安裝位置來(lái)改變?cè)摱纹У目缇唷?yōu)化后該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)布置如圖4。

通過(guò)降低張緊輪名義張力并優(yōu)化輪系安裝位置后，各段皮帶的固有頻率如下：

表2　

通過(guò)優(yōu)化后各皮帶段的固有頻率和嚙合頻率不發(fā)生共振，可以有效降低噪聲。

4、優(yōu)化前后試驗(yàn)噪聲對(duì)比

圖5　優(yōu)化前后聲壓級(jí)曲線

對(duì)優(yōu)化前后該正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)在NVH臺(tái)架上進(jìn)行噪聲測(cè)試，通過(guò)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，優(yōu)化后“咕?！緡！痹肼曄?，同時(shí)聲品質(zhì)較優(yōu)。同時(shí)使用麥克風(fēng)測(cè)試，在聲壓級(jí)曲線和colourmap圖中看出原來(lái)320HZ-360HZ共振消失。

圖6　優(yōu)化前后colourmap

5、結(jié)論

本文通過(guò)降低正時(shí)皮帶的張緊力，同時(shí)優(yōu)化相關(guān)輪系的安裝位置改變皮帶跨距，可以有效解決由于正時(shí)皮帶共振引起的“咕嚕咕?！痹肼?，提升正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的NVH性能。

[1] 李鳳琴等.正時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和噪聲研究.中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C]. 2015.

[2] 龐劍,諶剛,何華.汽車(chē)噪聲與振動(dòng)理論與應(yīng)用[J] 2006.

[3] 丁艷平等. 發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)皮帶噪聲分析與改進(jìn)[J].汽車(chē)技術(shù).

Noise Analysis And Optimization Of An Engine Timing Belt System

Ouyang Caiyun, Chen Youxiang, Qiu Ruoyou, Han Dan
（Anhui Jianghuai Automobile Co.Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper analyses the mechanism of the engine timing belt system noise.It proves that decreasing the tension and optimizing the position of the timing wheels are effective ways to improve the NVH performance by testing on a gasoline engine.

Timing Belt System; Tension; Noise

陳友祥，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司。

U467.3

A

1671-7988（2016）06-09-03