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某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)NVH 優(yōu)化

2018-02-27 13:28:40·  
　
正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的重要組成部分，起著準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定時(shí)開啟和關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)、排氣門。由于正時(shí)皮帶噪聲小、傳動(dòng)精確及輕量化的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)。但正時(shí)皮帶與齒輪嚙合所產(chǎn)生的噪聲依然是配氣機(jī)構(gòu)的主要噪聲源。本文通過(guò)對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化以提升其NVH性能。某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系
正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的重要組成部分，起著準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定時(shí)開啟和關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)、排氣門。由于正時(shí)皮帶噪聲小、傳動(dòng)精確及輕量化的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)。但正時(shí)皮帶與齒輪嚙合所產(chǎn)生的噪聲依然是配氣機(jī)構(gòu)的主要噪聲源。本文通過(guò)對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化以提升其NVH性能。

某發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲特征
 
某2.0NA發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)半消聲室進(jìn)行NVH測(cè)試時(shí)，在怠速工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)前方存在明顯的周期性的“咕嚕咕嚕”噪聲，聲品質(zhì)較差，此發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為800 r/min。
       
在發(fā)動(dòng)機(jī)前方1 m聲壓級(jí)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(jí)曲線
圖2 噪聲colourmap

某正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲優(yōu)化
 1. 正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)
該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)曲軸正時(shí)帶輪齒數(shù)為24，并且采用機(jī)械自動(dòng)張緊輪，同時(shí)該輪系還用于驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵，該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)置見圖3。
2. 正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲分析
由于改正時(shí)帶輪齒數(shù)為24，根據(jù)帶輪嚙合噪聲頻率，該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)在怠速工況下嚙合頻率為320 Hz，與上述聲壓級(jí)曲線和colourmap中的噪聲頻率吻合。正時(shí)皮帶與帶輪嚙合會(huì)產(chǎn)生周期性沖擊，嚙合頻率如下：

               
式中N為正時(shí)帶輪的齒數(shù)，n是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min）。
當(dāng)正時(shí)皮帶的固有頻率與嚙合頻率相同或者接近時(shí)，兩者產(chǎn)生共振，使正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能惡化，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。正時(shí)皮帶的固有頻率計(jì)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(biāo)及各段皮帶跨距，計(jì)算得出各段皮帶的振動(dòng)頻率（見表）。

   
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在機(jī)油泵帶輪與惰輪之間皮帶的固有振動(dòng)頻率為321~380 Hz，同時(shí)在張緊輪與曲軸正時(shí)帶輪之間存在279~342 Hz的固有振動(dòng)頻率，這兩處皮帶固有頻率與該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)的嚙合頻率接近，容易引起共振導(dǎo)致噪聲，故對(duì)這兩處進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化。

3. 正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化
        
根據(jù)上述正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲的原因分析，需要避免機(jī)油泵帶輪與惰輪、張緊輪與曲軸正時(shí)帶輪之間皮帶固有頻率與嚙合頻率產(chǎn)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(diǎn)通過(guò)以下兩方面改變固有頻率：
       
（1）正時(shí)皮帶張緊力（張緊輪名義張力）
當(dāng)前該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)采用自動(dòng)機(jī)械張緊輪，安裝后名義張力為400 N。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于汽油機(jī)的正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)，400 N的名義張緊力相對(duì)過(guò)大，在保證該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)性能滿足要求不發(fā)生跳齒風(fēng)險(xiǎn)的情況下，將張緊輪的名義張緊力降低，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行匹配，最后確定張緊力降低到330 N。
       
（2）輪系間正時(shí)皮帶跨距
        通過(guò)優(yōu)化惰輪的安裝位置來(lái)改變?cè)摱纹У目缇?，?yōu)化后該正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)如圖4所示。通過(guò)降低張緊輪名義張力并優(yōu)化輪系安裝位置。
        通過(guò)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(duì)比
      
對(duì)優(yōu)化前后該正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)在NVH臺(tái)架上進(jìn)行噪聲測(cè)試，通過(guò)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，優(yōu)化后噪聲消失，同時(shí)聲品質(zhì)較優(yōu)。同時(shí)使用麥克風(fēng)測(cè)試，在優(yōu)化后聲壓級(jí)曲線（見圖5）和colourmap（見圖6）中看出原來(lái)的共振消失。

結(jié)論
      
本文通過(guò)降低正時(shí)皮帶的張緊力，同時(shí)優(yōu)化相關(guān)輪系的安裝位置改變皮帶跨距，可以有效解決由于正時(shí)皮帶共振引起的“咕嚕咕嚕”噪聲，提升正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的NVH性能。
 
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