某發動機正時帶傳動系統噪聲分析及優化

歐陽彩云，陳友祥，邱若友，韓丹

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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設究計研究

某發動機正時帶傳動系統噪聲分析及優化

歐陽彩云，陳友祥，邱若友，韓丹

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了發動機正時帶傳動系統噪聲的產生機理,針對某汽油發動機正時帶傳動系統噪聲進行優化,通過臺架試驗論證了降低張緊輪張緊力、優化輪系的安裝位置可以有效提升正時帶傳動系統的NVH水平。

正時系統；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

正時傳動系統是發動機配氣機構的重要組成部分，起著準確地實現定時開啟和關閉相應的進、排氣門。也可以用來驅動機油泵、水泵等附屬裝置。

由于正時皮帶噪聲小、傳動精確、輕量化的特點，被廣泛運用于發動機正時傳動系統。但正時皮帶與齒輪嚙合所產生的噪聲依然是配氣機構的主要噪聲源。本文根據正時帶傳動系統噪聲機理，通過優化實現提升正時傳動系統NVH性能。

1、正時帶傳動系統噪聲機理

正時帶傳動系統結構較簡單，但其影響其噪聲的因素卻非常復雜。正時帶傳動系統噪聲的主要包括如下：1.正時皮帶與帶輪嚙合過程中產生的復雜的嚙合噪聲；2.正時皮帶擺動產生類似撥動琴弦的噪聲；3.正時輪系共振產生的噪聲；4.正時皮帶與輪系摩擦產生的摩擦噪聲。

正時皮帶與帶輪嚙合會產生周期性沖擊，則引起具有一定規律的噪聲，噪聲頻率為：

式中N為正時帶輪的齒數，n是發動機轉速（rpm）。

當正時皮帶的固有頻率與嚙合頻率相同或者接近時，兩者產生共振，則該正時帶傳動系統動態性能惡化，產生強烈的噪聲。

正時皮帶的固有頻率計算公式為：

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、某發動機正時帶傳動系統噪聲特征

某2.0NA發動機在發動機半消聲室進行NVH測試時，在怠速工況時發動機前方存在明顯的“咕嚕……咕嚕”周期性的噪聲，聲品質較差，此發動機怠速轉速為800rpm。

在發動機前方1m聲壓級曲線以及在colourmap圖中可以看出，在頻率為320HZ-360HZ左右存在明顯的峰值。

圖1　聲壓級曲線

圖2　colourmap圖

通過去除發動機前端附件皮帶，該噪聲依然存在，初步判斷噪聲是由正時帶傳動系統引起的。

3、某正時帶傳動系統噪聲優化

3.1該正時帶傳動系統特點

該正時帶傳動系統曲軸正時帶輪齒數為24，并且采用機械自動張緊輪，同時該輪系還用于驅動機油泵，該正時帶傳動系統置圖如下：

圖3　正時帶傳動系統布置圖

3.2該正時帶傳動系統噪聲分析

由于正時帶輪齒數為24，根據帶輪嚙合噪聲頻率公式，該正時帶傳動系統在怠速工況下嚙合頻率為320HZ，與聲壓級曲線和colourmap中的噪聲頻率吻合。

根據各輪系位置坐標及各段皮帶跨距，各段皮帶的振動頻率如下：

表1　

根據計算結果，發現在機油泵帶輪與惰輪之間皮帶存在321HZ-380HZ的固有振動頻率，同時在張緊輪與曲軸正時帶輪之間存在279HZ-342HZ的固有振動頻率，這兩處皮帶固有頻率與該正時帶傳動系統的嚙合頻率接近，容易引起共振導致噪聲，故對這兩處進行重點優化。

3.3該正時帶傳動系統優化

根據上述該正時帶傳動系統噪聲產生的原因分析，需要避免機油泵帶輪與惰輪、張緊輪與曲軸正時帶輪之間皮帶固有頻率與嚙合頻率產生共振。由于嚙合頻率一定，故需要通過改變兩段皮帶股的固有頻率，根據固有頻率的影響因素，同時考慮到工程上優化的方便性及可行性，重點通過以下兩方面改變固有頻率：

3.3.1正時皮帶張緊力（張緊輪名義張力）

當前該正時帶傳動系統采用自動機械張緊輪，安裝后名義張力為400N。

根據相關經驗，對于汽油機的正時帶傳動系統，400N的名義張緊力相對過大，在保證該正時帶傳動系統性能滿足要求不發生跳齒風險的情況下，將張緊輪的名義張緊力降低到330N。

3.3.2輪系間正時皮帶跨距

圖4　優化后正時帶傳動系統布置圖

由于機油泵帶輪與惰輪之間的皮帶處于正時帶傳動系統緊邊，僅通過降低張緊輪的名義張緊輪對該段皮帶皮帶張力在怠速工況下影響不大，故需要通過優化惰輪的安裝位置來改變該段皮帶的跨距。優化后該正時帶傳動系統布置如圖4。

通過降低張緊輪名義張力并優化輪系安裝位置后，各段皮帶的固有頻率如下：

表2　

通過優化后各皮帶段的固有頻率和嚙合頻率不發生共振，可以有效降低噪聲。

4、優化前后試驗噪聲對比

圖5　優化前后聲壓級曲線

對優化前后該正時傳動系統在NVH臺架上進行噪聲測試，通過進行主觀評價，優化后“咕嚕……咕嚕”噪聲消失，同時聲品質較優。同時使用麥克風測試，在聲壓級曲線和colourmap圖中看出原來320HZ-360HZ共振消失。

圖6　優化前后colourmap

5、結論

本文通過降低正時皮帶的張緊力，同時優化相關輪系的安裝位置改變皮帶跨距，可以有效解決由于正時皮帶共振引起的“咕嚕咕嚕”噪聲，提升正時傳動系統的NVH性能。

[1] 李鳳琴等.正時系統動態特性和噪聲研究.中國汽車工程學會年會論文集[C]. 2015.

[2] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動理論與應用[J] 2006.

[3] 丁艷平等. 發動機正時皮帶噪聲分析與改進[J].汽車技術.

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股份有限公司。

U467.3

A

1671-7988（2016）06-09-03