摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速噪音大的分析和改進(jìn)

張立成?肖志杰

摘 要：噪音歷來(lái)是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中難以解決的問(wèn)題之一，涉及的影響因素很多，和制造、裝配、設(shè)計(jì)以及材質(zhì)都密切相關(guān)，任何一個(gè)微小的誤差都有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噪音大，直接影響著客戶(hù)是否會(huì)選擇買(mǎi)這輛車(chē)。本文主要針對(duì)某款高端發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速噪音進(jìn)行測(cè)試、計(jì)算和分析，找出影響怠速噪音大的主要原因。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速波動(dòng)；剛度；頻率

1.問(wèn)題描述

某款發(fā)動(dòng)機(jī)在新機(jī)試裝階段反映怠速聲音有明顯的異響聲，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確定發(fā)現(xiàn)曲軸箱在怠速時(shí)有明顯的“咔嚓咔嚓”聲，且聲音比較大。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)人員反映發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了噪音。

2.噪音測(cè)試分析

在半消音室內(nèi)，對(duì)問(wèn)題發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)噪音測(cè)試，消音室的背景噪音為20dB，同步采集發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)和噪音信號(hào)。測(cè)量時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸承座、離合器邊蓋上布置振動(dòng)傳感器，在發(fā)動(dòng)機(jī)前后左右分別布置噪音傳感器，考察各個(gè)部位的振動(dòng)噪音數(shù)據(jù)。

3.振動(dòng)噪音測(cè)試數(shù)據(jù)分析

通過(guò)離合器處的噪音頻譜圖數(shù)據(jù)（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(jù)數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗(yàn)，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(jīng)過(guò)濾波數(shù)據(jù)分析，只要能把2300Hz～2900Hz的噪音能量降低，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音就能達(dá)到一個(gè)比較理想的效果。怠速轉(zhuǎn)速為1500RPM，離合器嚙合齒數(shù)為23齒，計(jì)算出齒輪的嚙合頻率為575Hz，和測(cè)試敲擊頻率590Hz比較吻合（因?yàn)橛修D(zhuǎn)速波動(dòng)）。通過(guò)計(jì)算進(jìn)一步確定590Hz為怠速噪音的激勵(lì)源。

（1）激勵(lì)頻率的確定。從測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)看，怠速噪音的激勵(lì)源為離合器齒輪的嚙合沖擊所致，為了進(jìn)一步驗(yàn)證噪音的激勵(lì)源是由于離合器齒輪嚙合沖擊導(dǎo)致，采用排除法，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖實(shí)驗(yàn)，在半消音室臺(tái)架實(shí)驗(yàn)室，用直流電機(jī)倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)消除點(diǎn)火轉(zhuǎn)速波動(dòng)的影響來(lái)考察曲軸箱的怠速噪音。實(shí)驗(yàn)下來(lái)，在同轉(zhuǎn)速的工況下倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱沒(méi)有異常的噪音。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)怠速的噪音消失。從而可以得出初步的結(jié)論：由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)大導(dǎo)致離合器齒輪嚙合沖擊力變大，從而導(dǎo)致噪音。

（2） 發(fā)動(dòng)機(jī)離合器嚙合激勵(lì)分析。①轉(zhuǎn)速波動(dòng)測(cè)試分析。采用高速攝影設(shè)備測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)，考察實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)系，判斷是否能滿(mǎn)足。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)波動(dòng)的數(shù)據(jù)測(cè)試來(lái)看，初始狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)有點(diǎn)大，波動(dòng)系數(shù)為0.22，這個(gè)數(shù)據(jù)高于控制參數(shù)范圍。降低曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)的措施：適當(dāng)增加系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；適當(dāng)調(diào)整點(diǎn)火角度。調(diào)整后的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)系數(shù)為0.08，基本上能滿(mǎn)足消除噪音的要求。②離合器緩沖系統(tǒng)的剛度特性分析。從噪音數(shù)據(jù)上看，離合器的嚙合沖擊比較大，導(dǎo)致嚙合沖擊大的主要原因除了轉(zhuǎn)速波動(dòng)大外，還有一個(gè)主要的因素就是緩沖扭振系統(tǒng)設(shè)計(jì)得是否合理。離合器緩沖扭振系統(tǒng)的主要功能是減少?zèng)_擊力，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要合理匹配好系統(tǒng)剛度特性，和阻尼特性才能較好地發(fā)揮扭轉(zhuǎn)減震的功能。通過(guò)解體離合器發(fā)現(xiàn)，造成離合器扭轉(zhuǎn)剛度大的主要原因是扭轉(zhuǎn)彈簧用錯(cuò)，導(dǎo)致系統(tǒng)的剛度大大提高，從而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)減震器沒(méi)有起到作用，引發(fā)嚙合噪音大的問(wèn)題。

4.改后數(shù)據(jù)對(duì)比分析

按照降低激勵(lì)的思路，通過(guò)優(yōu)化曲軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和離合器扭轉(zhuǎn)減震器的剛度特性來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)怠速曲軸箱噪音大的問(wèn)題。從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，方案修改后離合器出的噪音總的聲壓級(jí)下降了3.5dB，從頻譜數(shù)據(jù)來(lái)看，箱體固有頻率激發(fā)出來(lái)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(fā)動(dòng)機(jī)噪音大的主要原因是：①曲軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，導(dǎo)致沖擊大；②離合器的扭轉(zhuǎn)減震器大， 導(dǎo)致嚙合沖擊大。通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以及合理匹配離合器扭轉(zhuǎn)減震器的剛度阻尼特性，能很好地減小發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐 劍，諶 剛，何 華.汽車(chē)噪聲與振動(dòng)——理論與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[2]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

（作者單位：浙江錢(qián)江摩托股份有限公司）