基于声固耦合的微车变速器声学优化技术研究

论文摘要

汽车制造业是我国国民经济发展的支柱产业,汽车运行时所产生的振动与噪声是评价汽车性能的重要指标之一,同时它直接影响着乘客的乘座舒适性。汽车的振动与噪声主要来源于发动机系统和传动系统。而汽车变速器是汽车传动系统的主要构成部分。因此,降低汽车变速器的振动与噪声对于降低汽车整车的振动、噪声有着十分明显的效果。本文在重庆市科技攻关项目资助下(资助号:CSTC,2005AC6035),以某汽车变速器箱体为研究对象,结合有限元及边界元法,对其振动和噪声辐射进行了研究。建立了变速器箱体的有限元模型,进行了有限元模态分析,得到了结构固有频率和振型等特性参数;进行了实验模态分析,将实验结果与计算结果进行比较,两者结果吻合较好,证明所建的模型是可靠的。对变速器箱体进行了动力响应分析。将实验测得的各轴承座附近的振动加速度作为边界条件导入到有限元分析模型中,利用有限元分析软件Nastran进行了频率响应分析,得到了箱体表面的振动响应分布情况。建立了变速器箱体边界元分析模型,并通过插值映射的方法导入结构表面振动响应作为声学分析的边界条件,利用声学分析软件Sysnoise实现了结构辐射噪声的预测,获得了表面节点声压、声场域点声压等声学结果。针对传统FEM/BEM方法难以进行多工况下变速器箱体噪声辐射预测的问题,本文在已建立的有限元与边界元模型的基础上,提出了利用声学传递向量技术对汽车变速器箱体的声辐射特性进行分析,建立了声场域点的声学响应与结构表面网格节点振动响应的线性关系,通过声学传递向量(ATV)的求解,实现了多工况汽车变速器箱体噪声辐射特性研究,揭示了该变速器的结构固有频率对噪声辐射影响显著的结论。对该变速器进行了振动与噪声的实验,得到各轴承座振动加速度以及声场域点的声压。实验数据与理论计算结果的对比,表明了采用有限元和边界元法对变速器箱体辐射噪声预测的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 汽车变速器辐射噪声预测研究目的和意义
• 1.2 结构振动与声辐射数值计算方法的研究进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 声学理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 声学方程
• 2.2.1 运动方程
• 2.2.2 连续性方程
• 2.2.3 物态方程
• 2.2.4 波动方程
• 2.3 声压、声强与声功率
• 2.3.1 声压与声压级
• 2.3.2 声强与声强级
• 2.3.3 声功率与声功率级
• 2.4 声音的主观评价
• 2.4.1 频程与频谱
• 2.4.2 计权声级
• 2.5 本章小结
• 3 变速器箱体结构振动特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 变速器箱体模态分析
• 3.2.1 模态分析理论基础
• 3.2.2 变速器箱体有限元模型的建立
• 3.2.3 变速器箱体有限元模态分析
• 3.2.4 变速器箱体实验模态分析
• 3.3 变速器箱体频率响应分析
• 3.3.1 频率响应分析理论基础
• 3.3.2 变速器箱体激励载荷的确定
• 3.3.3 有限元频率响应计算结果
• 3.4 本章小结
• 4 变速器箱体噪声辐射特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 单工况下变速器箱体边界元声辐射预测
• 4.2.1 Helmholtz 声学边界积分方程的数值计算
• 4.2.2 变速器箱体边界元模型的建立
• 4.2.3 结构FEM 振动响应结果向声学BEM 模型的插值映射
• 4.2.4 三档输入转速为 2000r/m 时辐射噪声预测
• 4.3 ATV 技术在变速器箱体多工况声辐射预测中的应用
• 4.3.1 ATV 理论基础
• 4.3.2 建立以ATV 为基础的声学分析模型
• 4.3.3 多工况下辐射噪声预测分析
• 4.4 变速器振动噪声实验研究
• 4.4.1 实验平台
• 4.4.2 振动噪声测试系统的基本组成
• 4.4.3 测点布置
• 4.4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 5 汽车变速器声学优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 影响辐射噪声的设计因素
• 5.3 齿轮的降噪设计措施
• 5.4 变速器箱体的降噪措施
• 5.5 本章小结
• 6 研究工作总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录