四缸发动机结构振动分析和声品质研究

作     者：董国清 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：上官文斌

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：发动机辐射噪声 多柔体动力学模型 建模方法 振动分析 Moore响度 

摘      要：本文以一款在研的直列四缸发动机为研究对象,该发动机带有二阶平衡轴系统。在满载5000rpm工况下,测试表明该发动机出现了较大的辐射噪声。为了解决发动机的噪声问题,开展了发动机振动与噪声试验方法和建模方法的研究,并提出了改善发动机声品质的结构设计方案。本文的主要工作内容如下:(1)搭建了发动机振动与噪声的试验台架,开展了发动机的噪声、模态和扭振试验。首先,分别在满载加速工况和满载5000rpm工况下,测试了发动机的噪声信号。测试结果表明,噪声问题的主要原因是发动机在800Hz和1460Hz附近产生共振。接着,设计并开展了壳体总成、曲轴总成和平衡轴的自由模态试验。最后,在满载加速工况下,测试了曲轴飞轮端的扭振信号,分析了飞轮端扭转角位移的特性。结果表明,扭振测试获得的曲轴扭振固有频率与模态测试获得的曲轴扭振固有频率的一致性较好。(2)基于多柔体动力学方法和模态综合缩减方法,建立了发动机的结构振动计算模型,分析了发动机振动特性和轴瓦润滑特性。在建立的有限元模型基础上,建立了发动机多柔体动力学模型,提出了剪刀齿轮的建模方法,考虑了传动轴的惯量和扭转刚度。计算了发动机的自由模态和飞轮端的扭转角,并分别与自由模态测试值和扭转角测试值对比,验证了多柔体动力学模型。分析了剪刀副齿和传动轴对发动机振动的影响。结果表明,剪刀副齿抑制了齿轮的敲击,传动轴降低了曲轴的扭转振动;在考虑了剪刀齿轮和传动轴后,模型的精度得到了提高。分析了发动机壳体振动特性,发现油底壳和正时罩分别在800Hz和1450Hz附近产生了共振。研究了平衡轴轴瓦的润滑性能,发现曲轴转速和轴瓦间隙对轴瓦的润滑性能影响很大,且轴瓦出现了偏磨现象。(3)基于基波技术方法,建立了发动机的辐射噪声计算模型,并进行了试验验证。计算并分析了发动机的辐射噪声特性。结果表明,模型能够复现测试出现的噪声问题,并确定了油底壳和正时罩是主要的优化对象。基于Moore-Glasberg计算方法,计算并分析了发动机的Moore响度;针对发动机的噪声问题,提出了基于改善发动机声品质特性的结构设计方法。改进后发动机的声品质得到了显著提升,有效地解决了发动机的噪声问题。