張立成?肖志杰

摘 要：噪音歷來是發動機設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、設計以及材質都密切相關，任何一個微小的誤差都有可能導致發動機噪音大，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。

關鍵詞：轉速波動；剛度；頻率

1.問題描述

某款發動機在新機試裝階段反映怠速聲音有明顯的異響聲，經現場確定發現曲軸箱在怠速時有明顯的“咔嚓咔嚓”聲，且聲音比較大。發動機實驗人員反映發動機產生了噪音。

2.噪音測試分析

在半消音室內，對問題發動機進行振動噪音測試，消音室的背景噪音為20dB，同步采集發動機的振動信號和噪音信號。測量時在發動機曲軸軸承座、離合器邊蓋上布置振動傳感器，在發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據。

3.振動噪音測試數據分析

通過離合器處的噪音頻譜圖數據（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。根據數據分析的經驗，2300Hz～2900Hz很有可能是箱體的共振頻率，590Hz為離合器的敲擊頻率。經過濾波數據分析，只要能把2300Hz～2900Hz的噪音能量降低，整個發動機的聲音就能達到一個比較理想的效果。怠速轉速為1500RPM，離合器嚙合齒數為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。從測試數據和計算數據來看，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致，采用排除法，進行發動機倒拖實驗，在半消音室臺架實驗室，用直流電機倒拖發動機消除點火轉速波動的影響來考察曲軸箱的怠速噪音。實驗下來，在同轉速的工況下倒拖發動機曲軸箱沒有異常的噪音。發動機點火時怠速的噪音消失。從而可以得出初步的結論：由于轉速波動大導致離合器齒輪嚙合沖擊力變大，從而導致噪音。

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

4.改后數據對比分析

按照降低激勵的思路，通過優化曲軸的轉速波動和離合器扭轉減震器的剛度特性來調整發動機怠速曲軸箱噪音大的問題。從測試數據來看，方案修改后離合器出的噪音總的聲壓級下降了3.5dB，從頻譜數據來看，箱體固有頻率激發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，引起該發動機噪音大的主要原因是：①曲軸的轉速波動大，導致沖擊大；②離合器的扭轉減震器大， 導致嚙合沖擊大。通過降低發動機的曲軸轉速波動，以及合理匹配離合器扭轉減震器的剛度阻尼特性，能很好地減小發動機的噪音。

參考文獻：

[1]龐 劍，諶 剛，何 華.汽車噪聲與振動——理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用[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）