重型车用发动机振动与噪声控制的理论与应用研究

论文摘要

本文以重型车用发动机的振动和噪声问题为出发点,应用现代设计理论与方法对某直列四冲程六缸柴油机开展振动与噪声控制问题的理论和应用研究工作。采用理论与实验相结合的方法对内燃机表面振动与辐射噪声之间的关系进行了详细的研究,发展了表面振动速度法,得出了切合工程实际的通过表面振动预测发动机主要辐射噪声源对整机噪声声功率的贡献度和整机噪声声功率的定量关系表达式。对该柴油机的主要辐射噪声源及其对整机噪声声功率的贡献度以及整机的辐射噪声进行了预测,预测结果与实测结果基本吻合。采用声强测试方法对该柴油机进行了主要辐射噪声源的识别,并通过测试结果计算出了整机辐射噪声的声功率以及主要辐射噪声源对整机噪声声功率的贡献度,进一步明确了进行低噪声柴油机改进设计的目标。通过试验测试与分析的方法,研究了在不同的柴油机运行工况下,燃烧噪声及机械噪声对整机噪声声功率的贡献度,明确了在不同发动机转速与负荷下,燃烧噪声及机械噪声对整机噪声的贡献。将层次分析法和聚类分析法引入内燃机噪声源分析研究中,与试验相结合,创新性的分析研究了发动机工作转速范围内,噪声在1/3倍频程各中心频率下的贡献大小,各部件对重要频率段噪声贡献大小等,并定量给出权重指标值。采用实验模态分析与有限元分析相结合的方法对其结构动态特性进行了较为详细的研究,把握了该柴油机的振动特性和辐射噪声的主要原因,认识到了噪声能量主要集中于1/3倍频带中心频率为1000～2500 Hz的频带内。结合有限元和柔性多体动力学方法建立了该柴油机整机仿真模型,进行整机振动烈度和辐射噪声的模拟研究。分析了柴油机燃烧噪声、机械噪声产生的机理和影响因素,分别针对薄壳件的辐射噪声、燃烧噪声和机械噪声特点进行了有针对性的结构优化设计。在不增加柴油机生产工艺复杂性的基础上,最终取得了整机各测点振动下降2.0～8.8 m/s~2,辐射噪声额定工况A计权声压级平均降低2.5 ,怠速平均降低3.88的显著效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 开展柴油机振动与噪声控制研究的意义
• 1.2 车用柴油机噪声水平的现状
• 1.3 内燃机噪声及噪声控制的研究进展
• 1.4 现代设计方法在内燃机结构优化中的应用
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 柴油机表面辐射噪声分布特性识别研究
• 2.1 基于表面振动速度法的柴油机表面辐射噪声分布特性研究
• 2.1.1 柴油机表面振动与辐射噪声的关系研究
• 2.1.2 表面振动速度法识别柴油机主要辐射噪声源
• 2.1.3 部件辐射噪声对整机噪声声功率的贡献度
• 2.2 基于声强法的柴油机表面辐射噪声分布特性研究
• 2.2.1 声强测试法的基本原理
• 2.2.2 声强法识别柴油机主要噪声源
• 2.2.3 柴油机声强测试结果及分析
• 2.2.4 部件辐射噪声对整机噪声声功率的贡献度
• 2.3 本章小结
• 第三章 柴油机功能性噪声特性识别研究
• 3.1 柴油机噪声实验研究
• 3.1.1 噪声测试实验方案
• 3.1.2 声压级和声功率级的计算
• 3.2 分离柴油机燃烧噪声与机械噪声的试验研究
• 3.3 燃烧噪声、机械噪声及两者对整机噪声贡献度随转速变化情况
• 3.4 燃烧噪声、机械噪声及两者对整机噪声贡献度随负荷变化情况
• 3.5 本章小结
• 第四章 层次分析法识别柴油机的噪声源
• 4.1 柴油机噪声源层次识别研究
• 4.1.1 层次分析法概述
• 4.1.2 层次分析法的使用步骤
• 4.2 柴油机噪声频率段层次识别
• 4.2.1 频率识别判断矩阵
• 4.2.2 层次总排序
• 4.3 柴油机部件噪声层次识别
• 4.3.1 发动机部件聚类分析
• 4.3.2 声源识别判断矩阵
• 4.4 排序结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 柴油机低噪声结构优化设计
• 5.1 降低柴油机结构表面辐射噪声研究
• 5.1.1 气缸体结构改进
• 5.1.2 合理设计发动机罩壳类薄壁部件
• 5.1.3 强声源的屏蔽
• 5.2 柴油机结构动态特性的实验研究
• 5.2.1 实验模态分析的基本原理
• 5.2.2 模态试验设计
• 5.2.3 柴油机机体模态试验
• 5.2.4 曲轴模态试验
• 5.3 柴油机结构动态特性的有限元研究
• 5.3.1 有限元法基本原理
• 5.3.2 机体有限元分析
• 5.3.3 曲轴有限元模态分析
• 5.4 内燃机振动噪声预测研究
• 5.4.1 柔性多体动力学原理
• 5.4.2 有限元模型及模态压缩
• 5.4.3 定义激励函数
• 5.4.4 连接体
• 5.4.5 仿真虚拟样机
• 5.5 整机振动烈度仿真
• 5.6 内燃机辐射噪声预测分析
• 5.6.1 表面振动分析
• 5.6.2 辐射噪声分析
• 5.7 柴油机低噪声控制研究
• 5.8 本章小结
• 第六章 柴油机表面薄壳件辐射噪声的结构优化及控制
• 6.1 表面辐射噪声的控制
• 6.2 降低油底壳辐射噪声的研究
• 6.2.1 刚度对油底壳辐射噪声的影响研究
• 6.2.2 阻尼对油底壳辐射噪声的影响研究
• 6.2.3 托块对油底壳辐射噪声的影响研究
• 6.3 其它薄壳件噪声控制研究
• 6.3.1 进气管辐射噪声控制
• 6.3.2 增压器进气口辐射噪声控制
• 6.3.3 中冷管与进气管辐射噪声控制
• 6.3.4 隔热罩辐射噪声控制
• 6.4 本章小结
• 第七章 柴油机燃烧噪声影响机理及控制
• 7.1 燃烧噪声产生机理
• 7.2 影响燃烧噪声的因素及燃烧噪声控制方法
• 7.2.1 燃油性质对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.2 推迟喷油定时对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.3 压缩比对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.4 增压对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.5 进气加热对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.6 预喷对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.2.7 电子控制对柴油机燃烧噪声的影响
• 7.3 柴油机燃烧噪声控制研究
• 7.4 本章小结
• 第八章 柴油机机械噪声影响机理及控制
• 8.1 机械噪声产生的机理
• 8.1.1 活塞拍击
• 8.1.2 配气机构噪声
• 8.1.3 齿轮噪声
• 8.1.4 轴承噪声
• 8.1.5 扭转振动及不平衡力产生的机件撞击
• 8.2 机械噪声控制方法研究
• 8.2.1 降低活塞对缸套的撞击
• 8.2.2 抑制扭振降低机械冲击噪声
• 8.2.3 减少齿轮撞击降低机械噪声
• 8.3 轴系扭转振动分析研究
• 8.4 柴油机机械噪声控制
• 8.4.1 活塞销偏置
• 8.4.2 摇臂与摇臂罩改进设计
• 8.4.3 齿轮噪声控制
• 8.5 本章小结
• 第九章 全文总结
• 9.1 主要研究成果及结论
• 9.2 论文创新性成果
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢