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某發(fā)動機正時帶傳動系統(tǒng)NVH 優(yōu)化

2018-02-27 13:28:40·  
　
正時傳動系統(tǒng)是發(fā)動機配氣機構的重要組成部分，起著準確地實現(xiàn)定時開啟和關閉相應的進、排氣門。由于正時皮帶噪聲小、傳動精確及輕量化的特點，被廣泛運用于發(fā)動機正時傳動系統(tǒng)。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。本文通過對某發(fā)動機正時帶傳動系統(tǒng)優(yōu)化以提升其NVH性能。某發(fā)動機正時帶傳動系
正時傳動系統(tǒng)是發(fā)動機配氣機構的重要組成部分，起著準確地實現(xiàn)定時開啟和關閉相應的進、排氣門。由于正時皮帶噪聲小、傳動精確及輕量化的特點，被廣泛運用于發(fā)動機正時傳動系統(tǒng)。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。本文通過對某發(fā)動機正時帶傳動系統(tǒng)優(yōu)化以提升其NVH性能。

某發(fā)動機正時帶傳動系統(tǒng)噪聲特征
 
某2.0NA發(fā)動機在發(fā)動機半消聲室進行NVH測試時，在怠速工況時發(fā)動機前方存在明顯的周期性的“咕嚕咕嚕”噪聲，聲品質較差，此發(fā)動機怠速轉速為800 r/min。
       
在發(fā)動機前方1 m聲壓級曲線（見圖1）以及在colourmap（見圖2）中可以看出，在頻率為320～360 Hz左右存在明顯的噪聲峰值。
圖1 聲壓級曲線
圖2 噪聲colourmap

某正時帶傳動系統(tǒng)噪聲優(yōu)化
 1. 正時帶傳動系統(tǒng)特點
該正時帶傳動系統(tǒng)曲軸正時帶輪齒數(shù)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(tǒng)置見圖3。
2. 正時帶傳動系統(tǒng)噪聲分析
由于改正時帶輪齒數(shù)為24，根據(jù)帶輪嚙合噪聲頻率，該正時帶傳動系統(tǒng)在怠速工況下嚙合頻率為320 Hz，與上述聲壓級曲線和colourmap中的噪聲頻率吻合。正時皮帶與帶輪嚙合會產生周期性沖擊，嚙合頻率如下：

               
式中N為正時帶輪的齒數(shù)，n是發(fā)動機轉速/（r/min）。
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，使正時帶傳動系統(tǒng)動態(tài)性能惡化，產生強烈的噪聲。正時皮帶的固有頻率計算公式如下：

       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）。
       根據(jù)各輪系位置坐標及各段皮帶跨距，計算得出各段皮帶的振動頻率（見表）。

   
根據(jù)計算結果，在機油泵帶輪與惰輪之間皮帶的固有振動頻率為321~380 Hz，同時在張緊輪與曲軸正時帶輪之間存在279~342 Hz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(tǒng)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(yōu)化。

3. 正時帶傳動系統(tǒng)優(yōu)化
        
根據(jù)上述正時帶傳動系統(tǒng)噪聲的原因分析，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，因此只能改變兩段皮帶股的固有頻率，考慮到工程上優(yōu)化的方便性及可行性，重點通過以下兩方面改變固有頻率：
       
（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(tǒng)采用自動機械張緊輪，安裝后名義張力為400 N。根據(jù)相關經驗，對于汽油機的正時帶傳動系統(tǒng)，400 N的名義張緊力相對過大，在保證該正時帶傳動系統(tǒng)性能滿足要求不發(fā)生跳齒風險的情況下，將張緊輪的名義張緊力降低，通過對該系統(tǒng)進行匹配，最后確定張緊力降低到330 N。
       
（2）輪系間正時皮帶跨距
        通過優(yōu)化惰輪的安裝位置來改變該段皮帶的跨距，優(yōu)化后該正時帶傳動系統(tǒng)如圖4所示。通過降低張緊輪名義張力并優(yōu)化輪系安裝位置。
        通過優(yōu)化后各皮帶段的固有頻率和嚙合頻率不發(fā)生共振，可以有效降低噪聲。
優(yōu)化前后噪聲對比
      
對優(yōu)化前后該正時傳動系統(tǒng)在NVH臺架上進行噪聲測試，通過進行主觀評價，優(yōu)化后噪聲消失，同時聲品質較優(yōu)。同時使用麥克風測試，在優(yōu)化后聲壓級曲線（見圖5）和colourmap（見圖6）中看出原來的共振消失。

結論
      
本文通過降低正時皮帶的張緊力，同時優(yōu)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(tǒng)的NVH性能。
 
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