汽车发动机噪音控制研究毕业论文文档格式.docx
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指导教师评阅书
指导教师评价:
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1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
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4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
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指导教师:
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评阅教师评阅书
评阅教师评价:
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二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
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评定成绩:
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教学系意见:
系主任:
摘要
随同工业、交通的蓬勃发展,环境噪声污染也愈加凸显,汽车的噪声占环境噪声中较大比例,和发动机噪声是汽车噪声的主要噪声源。
噪音干扰人们的工作、学习和休息的同时,甚至会危机人体的健康,另外,由于噪音频率较宽,可能导致各种精密仪器误差增大,甚至损坏。
因此,开展汽车发动机降噪方法的研究显得十分有意义。
本文简述了发动机噪声的危害,然后由发动机噪声的来源入手,分析发动机各种噪声的产生机理,并总结相对应的发动机降噪方法和措施,同时阐述其降噪原理。
随着科技发展的日新月异,新型降噪材料被逐渐运用到发动机上,比如高阻尼减振材料、非织造吸音材料等,具体的运用,主要体现为高阻尼齿轮、陶瓷缸套等,新型降噪材料在发动机上的应用,对于发动机新降噪方法和途径的产生具有很好的借鉴意义。
关键词:
发动机噪声;
降噪;
方法和措施;
材料
Abstract
Alongwithboomingindustry,traffic,environmentalnoisepollutionisalsoincreasinglyprominent,thenoiseofthecarsaccountedforalargerproportionintheenvironmentalnoise,andenginenoiseisthemainnoisesourcesofautomobilenoise.
Noiseininfluencingpeople’swork,studyandrestatthethesametime,evenendangerpeople’shealth,inaddition,becausethenoisefrequencyiswide,couldleadtoavarietyofprecisioninstrumenterrorincreases,evendamage.Thereforetocarryouttheresearchoftheautomobileenginenoisereductionmethodisverymeaningful.
Thispaperbrieflydescribestheharmoftheenginenoise,andthenbythesourceofenginenoise,analysisofallkindsofenginenoisegeneratingmechanism,andsummarizetheenginenoisereductionmethodandthecorrespondingmeasures,andexpoundsthenoisereductionmechanism.Alongwiththedevelopmentofscienceandtechnologychangeswitheachpassingday,thenewaregraduallyappliedtoenginenoisereductionmaterial,suchashighdampingvibrationdampingmaterials,non-wovensound-absorbingmaterials,concreteutilization,mainlyembodiedinthehighdampinggear,suchasceramicliner,anewnoisereductionmaterialsintheapplicationoftheengineforanewenginenoisereductionmethodandthewaytoproducehastheverygoodreference.
Keywords:
enginenoise;
noisereduction;
methodandmeasure;
material
目录
第一章前言1
1.1开展汽车发动机降噪方法研究的意义1
1.2国内外汽车发动机降噪水平的概况2
1.3汽车发动机噪声的危害2
第二章汽车发动机噪声的产生机理4
2.1汽车发动机噪声的来源4
2.2空气动力噪声4
2.2.1进气噪声5
2.2.2排气噪声5
2.2.3风扇噪声5
2.3燃烧噪声5
2.4机械噪声6
2.4.1活塞敲击噪声6
2.4.2配汽机构噪声6
2.4.3传动齿轮噪声6
2.5发动机表面辐射噪声6
第三章发动机噪声的控制策略及原理8
3.1空气动力噪声的控制8
3.1.1空气动力噪声干扰因素及掌控8
3.1.1空气动力噪声控制对策的原理8
3.2燃烧噪声的控制9
3.2.1燃烧噪声干扰因素及掌控9
3.2.2燃烧噪声控制对策的原理10
3.3机械噪声的控制10
3.3.1活塞敲击噪声的控制对策及原理11
3.3.2配汽机构噪声的控制对策及原理11
3.3.3传动齿轮噪声的控制对策及原理11
第四章新型降噪材料在发动机上的应用13
4.1新型降噪材料的组成13
4.2阻尼减振材料13
4.2.1阻尼减振材料的降噪机理13
4.2.2阻尼减振材料的应用14
4.3吸音材料14
4.3.1吸音材料的降噪机理15
4.3.2非织造吸音材料的应用15
4.4隔音材料16
4.4.1隔音材料的降噪机理16
4.4.2绝热隔音材料的应用16
第五章总结和展望18
参考文献19
致谢20
第一章前言
1.1开展汽车发动机降噪方法研究的意义
随着我国经济的发展,汽车等运输工具在经济发展中的作用愈发凸显,使人们忽视了汽车带来的一系列问题,如噪声污染和空气污染。
然而随着国民物质水平的提升,干扰人们生活的不利因素也得到愈来愈多关注。
近年来,随同工业、交通运输业的越来越成熟,噪声污染在环境污染中的比重也愈来愈高,人们对其危害的注意程度也渐渐提高,噪声甚至可能引发人们失眠、耳鸣、头痛、脑胀以及记忆力减退,另外噪声携带能量传播,可能造成各种精密仪器的损坏。
是以汽车的噪声问题,已经变成人们关心的一个重点,因而汽车的舒适程度,已直接或间接地影响到消费者购置汽车。
图1.1为汽车噪声污染。
图1.1汽车噪声的污染
汽车噪音的很大一部分能量源于发动机,包括燃油的燃烧爆炸、机械构件的冲击(进气机构的打开与关闭、燃油混合气燃烧对活塞和汽缸内壁的受力变化、曲轴转动时的动不平衡等)。
因此,对发动机噪音的降低研究十分重要,以提升舒适性。
1.2国内外汽车发动机降噪水平的概况
中国在二十世纪80年代,已对内燃机噪声问题有了深刻的理解,于1983年,国家科技技术委员会已将发动机噪声研究,加入到全国38项重点研究项目中。
然而,从1985年初开展噪声研究,直到现在,仍与发达国家存在很大差距;
二十世纪70年代,先进工业国家的类似发动机与国产间,大多数都低于同类产品3dB~5dB噪声,直到1989年,在修订国家标准GB259-86“中小功率柴油机噪声限值”时,也仅仅减小1dB~2dB。
而日本环保厅统计材料显示,二十世纪70年代到90年代间,其小客车噪声缩小近6dB(A),而大型汽车车外加速噪水平缩小近10dB(A)。
有学者认为,当今中国内燃机噪声水平,处于进一步拉大与先进工业国间差距的过程中,缘故主要是:
方今中国行使的发动机噪声水平限制尺度没达到国际水准,汽车噪声控制的管理执行体制要求水平与国外,仍有差距;
在国产发动机降噪研究的投入力度不够,尤其是创新型核心技术领域;
研究人员少,及研究设备等条件支持薄弱。
现在,国内企业或科研单位,均已意识到与先进工业国水平的差距,很多高校如哈尔滨工业大学、同济大学等,以及某些科研单位、企业如北方车辆研究所、第一汽车集团公司(一汽)、中国汽车工程研究院有限公司等,均投入重资建造了发动机消声实验所,并且在噪音分析和研究方面,研发出很多新实验手段、技术等。
追溯到上世纪中叶,某些外国研发机构、高校,已经开展了发动机噪声有关研发工作。
在1960-1961年间,英国的T.Priodo在机器和机构的工程研讨会议上,先后将与柴油机缸内压力谱模式和噪声的关系关联的著作公布,英国的E.C.Grover.N.Lalor又于1973年公布著作,阐述了低噪音柴油机设计思想[2]。
1982年,M.F.Russell又讨论了内燃机噪声的控制调节技术。
此时,一些学校和企业也进行了大量研究,英国南安普顿大学(UniversityofSouthampton)振动噪声研究所,于上世纪七十年代,提出了一个预测经验公式,此公式是关于柴油机A计权声压级的,不久之后,李嘉图(Ricardo)公司又进一步完善了该公式。
到了上世纪90年代,许多大汽车生产商如德国戴姆勒、日本本田等,均已深刻意识到到汽车NVH(NoiseVibration&
Harshness),在企业竞争中,是重要的致胜因素,美国通用、德国宝马和日本丰田等开展NVH相关科研工作,己成功缩小汽车的各种噪声10到20dB不等。
1.3汽车发动机噪声的危害
环境噪声在环境污染中的比例正在逐渐提高,而汽车噪声在环境噪声中恰恰占了相当大的比重。
噪声不单单干扰人们的工作,学习和休息,也可能会危害到人体健康,因为每个人的体质差异,噪声对人体的危害也因人而异,有些人会头痛,有些人会引起失眠,有些人会引发耳鸣,严重者甚至可能导致脑胀、记忆力衰退等。
统计研究表明,噪声将使工作效率下降一层到五层不等,随噪声强度的逐渐增加,出错率数值还会递增。
图1.2为噪声水平与出错率的关系。
图1.2噪声水平与出错率的关系
噪声不单单对人体有干扰,对某些特殊设备,比如精密仪器等会造成不同程度的影响,缘故是由于噪音频率较宽,当声音响度达到一定程度时,设备会出现信号误差,甚至不准,当量级超过150dB(A)时,将严重到损坏设备,而且在高强度噪声的持续作用下,一些易被激励的机械部件,对于某种薄壁类部件,很可能引发永久性的损伤递增现象的出现,直至完全丧失功能。
另外,当噪声响度较大时,会掩盖驾驶者本应获取的声音信息,导致更多交通事故的发生。
第二章汽车发动机噪声的来源和产生机理
2.1发动机噪声的来源
由于发动机是复杂的动力机械系统构成的机体,所以具有众多的噪声源,依据噪声的辐射方向,可将噪声划分为,直接辐射到大气的噪声和从发动机表面间接辐射到大气的噪声。
前者,直接辐射到大气的噪声,分为进排气噪声和风扇噪声,即发动机空气动力噪声;
而后者,从机体表面间接辐射到大气的噪声中,具体要素就是燃烧噪声和机械噪声。
图2.1为内燃机噪声组成。
图2.1内燃机噪声组成
2.2发动机空气动力噪声
空气动力能源噪声,是空间气体发生运动或物体在空气中活动,物体与所处空间气体产生碰撞,引发空气涡流,或是缘于空气中压力的突变,造成空气扰动及扩张,比如强压气体喷向一定范围的空间中,此中其它空气引起的噪声。
具体分为进、排气噪声,以及电风扇噪声。
这里面排气噪声又分为:
排气管处气流声、单元时间中排气次数是一级频率的噪声、废气喷射和冲撞噪声、管道中气柱谐振噪声、气门杆后侧涡流噪声,另外还包含排气管内侧气流混乱噪声。
2.2.1进气噪声
在发动机运行时间段,流动非常快速的气体流经空气滤清器,再经过进气管、气门,最后转入气缸,流动过程当中发生空气动力噪声。
某些时刻,可能发出高于机体5dB左右的噪声,因而,成为稍次于排气噪声的噪声源。
其伴随转速提高而增强,而发动机机体承载的重量和它没有关系。
2.2.2排气噪声
排气噪声,最紧要的为排气初始时刻。
废气在排气门间隙中以脉冲形式排出,然后快速地从通气口排入大气,从而形成了能量高、频率复杂的噪声,其中包括基频及高次谐波的成分。
此噪声,在机体各噪音中,属于能量最强最上级噪声源。
且一般在绝大多数情况下,发出的噪音可能高于机体总噪10dB(A)~15dB(A)。
2.2.3风扇噪声
大多数情况,风扇噪声在总体空气噪声中,是决定性噪声源。
它属于空气动力能源噪声,旋转和涡流的噪声,是因其周期性地使用叶片,旋转过程中冲击空气质点,引发周围空气压力出现脉动而引发的噪声。
内燃机发动机风扇噪音,发动机机体处于低速运行中的涡流噪声是主要的噪声,机体超快旋转时的噪声将上升成为主要噪声源,随同风扇的转速的增强,直径大,扇风量值也随之升高,其噪声响度自然也就增高了;
而假使风扇的效率低下,能耗大,噪声响度就处于该曲线谱上游。
2.3燃烧噪声
通常,把燃烧时产生的气缸压力经过发动机各个部件,像曲轴、连杆、活塞等,并传递至发动机总体结构,引起整体振动所产生的噪声,称为燃烧噪声,如由于过热、燃油品质不良和点火过早等,造成的爆炸高频率噪声、活塞冲击缸体制造出的噪声等。
燃烧噪声,究其根本的源头,还是在于缸体内部气体压力所经过的骤变,从产生机理上探究,能够得到下面几点:
(1)在气缸内的压力急剧变化中,会使气缸和连接成分承受动载荷的强烈冲击,从而形成一个即时性激发撞击,并通过缸套,活塞和连杆机构,气缸盖,曲轴轴承,最后扩散至发动机整体,导致结构构件产生振动。
(2)在点火延迟期,喷入的燃料汇聚后于燃烧室中焚烧,在条件成熟时,在燃烧室第一个着火,然后某些点上的局部压力,开始快速攀升,到达邻近地区时,火焰蔓延,而这种火焰具有同时向周围传播带有冲击性压力波的属性。
受燃烧室的壁面压力波的影响,压力在气缸中出现反复来回特点,这就使周围空气成为高频率振动气体,这些气体在扩张行程中的振动将维持地特别长久,故而辐射出的噪音也处于频谱上端。
(3)缸内气体压力,在发动机稳定的工作条件下的周期性的变化,可绘制出气缸压力曲线,然后,再对其进行傅里叶变换,可获得的光谱值的工作周期每秒发动机号频率压力的基本频率,这是一种气体压力振动,振动激发发动机气缸连接组件。
2.4机械噪声
发动机机体各噪声中机械噪声,是指运动部件因冲击和振动而激发的噪声,通常是缘于气体压力和惯性力的作用。
发动机运行时,由于摩擦、冲撞、扭转不均匀等原因,激起零部件的机械振动而产生的噪声。
随着速度提高迅速增加的机械噪声,影响其响度的,主要是激励力,运动部件的结构等。
机器和构件等噪声响度,又取决于活塞冲撞噪声和气阀门机械噪声。
2.4.1活塞敲击噪声
活塞对缸壁的冲撞所引发的噪声,一般在发动机总体各噪声中,是带有主导性质的机械噪声。
活塞之所以会冲击到缸壁,缘于它们间的间隙,且在来回运行过程中,活塞经受的横向力易产生方向突变。
活塞与缸壁之间存在的间隙,将造成对缸壁的强烈撞击,尤其是在压缩行程结束和膨胀扩张行程起始阶段,此冲击更为严重。
2.4.2配气机构噪声
配气机构,在机体中是关键性机械噪声。
由于配气机构的零件众多、刚度较差,易引起振动和噪声。
在配气机构中,凸轮和挺杆间的摩擦振动、气门落座时的撞击、摇臂撞击门杆尾部以及气门的不规则运动等均会产生噪声。
2.4.3传动齿轮噪声
传动齿轮噪声,详细表述即指齿轮啮合过程当中,各齿轮的齿之间发生冲击、摩擦激发出的噪声。
在内燃机中,齿轮轴承的动态负荷交替,动态负载会导致轴变形,并且这类动负荷会经过轴承,最终传递到发动机壳体和齿轮所处空间,使总体表面刺激出噪声。
此外,曲轴扭转过程中,会对正常啮合中的齿轮产生破坏作用,最后激发出噪声。
2.5发动机表面辐射噪声
发动机空气动力能源噪声,无论进气噪声、排气噪声或者风扇噪声,这些均是直接辐射到大气的噪声,而在发动机机械运动的过程中,引起整个机构中各零部件的震荡,从而扰动周围空气导致的噪声,即称之为表面辐射噪声。
第三章发动机噪声的掌控策略及原理
3.1.空气动力噪声的控制
空气动力噪声,即进气、排气和风扇噪声,是发动机众噪声中份量很大的噪声源,因此对空气动力噪声的掌控十分有必要。
3.1.1空气动力噪声干扰因素
干扰空气动力噪声的成分主要是管道直径和长短、进排气歧管出涡流的大小、气门间隙以及风扇叶片材质、旋转速率等。
3.1.2空气动力噪声控制对策及原理
1.进气噪声的控制策略主要是:
(1)在空气滤清器的选用及设计上,尽可能的合理和最优化。
优化改造进气管道时,关键是注意如何使进气管内压力脉动程度的减弱,还包括气门出口处的涡流强度。
(2)对空气滤清器内部气体流入管道的直径、长度,加以确定。
缩短空气滤清器进、出管直径,增大膨胀率,利于降噪,但会使
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