进气系统噪声与振动分析与设计(编辑修改稿)

进气系统噪声与振动分析与设计(编辑修改稿)内容摘要：

长管必须做得很长，但是太长的管道很难安装。 共振消音器应该安放在系统声模态的反结点。 如果把消音器安放在结点处，将达不到消音效果。 空气过滤器一般来说是声模态结点，因此不能将共振消音器安 装在空气过滤器上。 在前面一节中，已经介绍了对赫尔姆兹消音器传递损失及其共振频率的影响因素。 在进气系统中，低频噪声成分往往非常大，而控制低频要采用赫尔姆兹消音器。 所以在汽车设计初期，要尽可能地给进气系统留出较大空间，以便安装赫尔姆兹消音器。 根据经验统计，赫尔姆兹消音器有效调整范围为：频率 (Hz) x 体积 (升 )300。 赫尔姆兹消音器只能消除一个频率及其附近频带的噪声。 除了传统的单个腔室结构外，也有两个腔室的赫尔姆兹消音器。 图 ，图 部串连。 两个腔 室的消音器可以消除两个频率的噪声。 如果两个腔室的容积与一个腔室消音器容积一样的话，那么两个腔室消音器传递损失对应的峰值要低些。 图 腔室消音器传递损失的比较。 0102030405060700 200 400 600 800 1000TL(dB)40 m m60 m m80 m m1 00 m m1 20 m m1 40 m m1 60 m m1 80 m m延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 频 率 (H z ) 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 47 图 两个外连接腔室的赫尔姆兹消音器 图 两个内连接腔室的赫尔姆兹消音器 图 一个腔室和两个腔室赫尔姆兹消音器传递损失的比较 影响四分之一波长管的因素有其长度和截面积。 长度决定了传递损失的频率。 而其截 面积与进气主管的截面积之比决定了传递损失的幅值大小。 波长管的形状对消音效果没有影响，所以四分之一波长管可以设计成弯形状。 在一个进气系统中，有时候有好几个长短不一的波长051015202530350 50 100 150 200 250 300F r e q u e n c y ( H z )TL (dB)一 个 消音器二 个 消音器第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 48 管，用来消除不同频率的噪声。 图。 图 进气系统中的四分之一波长管 第 六 节 进气口噪声实例分析 进气噪声是汽车最主要的噪声源之一。 进气噪声不仅会传递到车厢内影响顾客，而且还会辐射到环境。 所以在设计进气系统时必须使得噪声既满足客户的要求也要达到政府有关法规。 一般来说，在 设计进气系统时，按照下列程序来进行。 第一，搞清楚发动机的参数和振动与噪声特性，进气系统可能的安装空间。 首先只用一根管道与发动机相连接，分析或者测量进气口的噪声特点。 将此时的噪声与目标噪声比较，得到所需要的传递损失曲线。 第二，根据声音质量的要求，确定进气多支管的设计。 如果要求声音主要是发火阶次组成而半阶声音尽可能小，那么多支管采用等长度分管。 如果要求进气声音有动感，半阶声音成分大，那么多支管就设计成尾端连接分管形式。 第三，设计空气过滤器。 因为空气过滤器是进气系统必不可少的元件，除了过滤空气外，它 还是一个扩张消音器。 过滤器的容积应该尽可能大，这样传递损失大而且覆盖的频带宽。 第四，根据加了空气过滤器之后的进气口噪声来确定所需要的消音器，赫尔姆兹消音器一般是针对低频率，四分之一波长管用来消除高频噪声。 最后使得噪声达到目标。 我们以一个四缸发动机为例子来设计进气声学元件。 假设进气多支管已经设计好了，是等长度分管，如图。 首先将一根管道与发动机进气多支管相连接，如图。 然后测量进气口的噪声，图 2阶、第 4阶的噪声图。 这张噪声图中不包括任何消音元件，其总体 噪声比目标噪声高出 5到 20dB(L)。 总体噪声中发火阶次 (第 2阶 )的噪声占绝对主要成分。 在 5500rpm时第 4阶噪声占主导成分。 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 49 图 四缸发动机等长度分管 图 一根管道与进气多支管连接图 图 没有消音元件的进气口噪声 虽然这张图中的噪声是随著发动机而变化的，但是由於知道了第 2阶噪声占主导成分和第 4阶在 5500rpm时的峰值接近总体噪声，因此这两个阶次噪声转速所对应的频率就 知道了。 从而可以计算出各阶与总体噪声之间的分贝差值，这个差值就是消音系统要达到的插入损失。 表 2阶所要达到的插入损失。 图 2阶所要求的插入损1 2 4 3 进气总管 发 动 机 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)频率 (Hz) 第 2阶噪声 进气口噪声 目标噪声 第 4阶噪声 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 50 失主要是在两个频率达到峰值： 66． 7Hz (2020rpm)和 116． 7Hz (3500rpm)。 在这两个频率时，插入损失值分别为 11． 9dB和 19dB。 表 第 2阶插入损失 rpm Frequency (Hz) 目标噪声 (dB(L)) 第 2 阶噪声 (dB(L)) 第 2 阶 插入损失 1000 110 113 3 1500 50 117 2020 66. 7 2500 119 3000 100 118 3500 116. 7 114 133 19 4000 127 4500 150 123 5000 166. 7 115 5500 112 6000 200 118 119 1 图 第 2阶插入损失 表 4阶所要达到的插入损失。 图 4阶所要求的插入损失主要是 366． 7Hz (5500rpm)时达到 11． 3dB。 表 第 4阶插入损失 rpm Frequency (Hz) 目标噪声 (dB(L)) 第 4 阶噪声 (dB(L)) 第 4 阶 插入损失 1000 66. 7 110 106 4 1500 100 102 2020 133. 3 98 2500 166. 7 103 3000 200 104 3500 233. 3 114 109 5 4000 266. 7 113 4500 300 108 1 05051015202520 40 60 80 100 120 140 160 180 200dB频率 (Hz) 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 51 5000 333. 3 117 5500 366. 7 6000 400 118 117 1 图 第 4阶插入损失 下面就在进气管道上加 入消音元件以达到上述三个频率的插入损失。 对这三个频率为：66． 7Hz， 116． 7Hz和 366． 7Hz，我们将分别采用赫尔姆兹消音器，空气过滤器和四分之一波长管来达到消音目的。 首先加入共振频率为 116． 7Hz的空气过滤器，如图。 图 加入过滤器后的进气口噪声。 在以 3500rpm为中心的频率带内，进气口噪声大大降低。 图 加入了空气过滤器之后的进气系统 图 加入空气过滤器后进气口的噪声 1 5 1 0505101550 100 150 200 250 300 350 400dB频率 (Hz) 发 动 机 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始进气口噪声 目标噪声 加入过滤器后进气口噪声 频率 (Hz) 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 52 在现有的系统中加入一个频率为 66． 7Hz的赫尔姆兹消音器，如图。 图 加入消音器后的进气口噪声。 在 2020rpm附近的噪声就降低到目标噪声线以下。 图 加入过滤器和赫尔姆兹消音器后进气系统 图 加入过滤器和赫尔姆兹消音器后进气口噪声 对 366． 7Hz (5500rpm)的噪声峰值，我们用一根四分之一波长管来降低。 图 了波长管后的图，图。 这时 5500rpm附近的噪声降低到目标噪 声以下。 发 动 机 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始进气口噪声 目标噪声 加入过滤器和赫尔姆兹消音器后进气口噪 声 频率 (Hz) 发 动 机 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 53 图 加入过滤器、赫尔姆兹消音器和四分之一波长管后进气系统 图 加入过滤器、赫尔姆兹消音器和四分之一波长管后进气口噪声 比较现在的进口噪声与目标噪声，可以看到在 4000rpm处，有个小小的峰值高出目标噪声约 3dB。 观察图 ，这个转速下的噪声可能是第 2阶或者是第 4阶贡献的，频率可能是 133． 3Hz或者是 266． 7Hz。 可以针对这频率可以来设计四分之一波长管或者是赫尔姆兹消音器。 图 第二个四分之一波长管的进气系统，图 线。 这样经过加入过滤器、赫尔姆兹消音器和两个四分之一波长管后，进气口的噪声达到了目标噪声。 图 加入过滤器、赫尔姆兹消音器和两个四分之一波长管后进气系统 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始进气口噪声 加入过滤器、赫尔姆兹消音器和四分之一波长管后进气口噪声 频率 (Hz) 发 动 机 第四 章 进气系统噪声与振动分析与设计 54 图 加入过滤器、赫尔姆兹消音器和两个四分之一波长管后进气口噪声 第 七 节 进气系统的振动与辐射噪声 由於进气系统的一端与发动机相连，而另一端与车体相连，因此减少发动机传递到车体的振动十 分重要。 干净空气管道中有一段是用柔软材料做成，如橡胶管，形成一个柔性连接，如图。 由於这种柔性管的刚度非常低，因。