乘用车柴油发动机结构振动与噪声辐射研究

发布时间：2020-07-11 01:02

【摘要】：随着人民生活水平的提高,机动车辆越来越多,噪声问题日益严峻。持续较强噪声可使人的听力暂时下降,严重时导致不可恢复的听力减退。内燃机噪声是汽车、摩托车的主要噪声源。研究表明:在我国大、中型汽车加速噪声中,内燃机噪声约占65%,小轿车汽车加速噪声中,内燃机噪声约占55%~65%。在发动机各种噪声中,发动机表面辐射噪声是主要的。发动机表面辐射噪声由燃烧噪声和机械噪声产生,是发动机内部的燃烧及机械振动所产生的噪声。燃烧噪声是指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声,机械噪声是指活塞、齿轮、配气机构等运动件之间机械撞击产生的振动噪声。相比汽油发动机,柴油发动机具有大扭矩小功率的特点,具有更好的动力性和经济性,比较适合日常出行使用。在现有技术下,柴油发动机工作振动及噪声比汽油发动机都大一些。本文基于云内动力某型号柴油发动机,建立了活塞、气缸、连杆、曲轴等动力学模型,同时建立了简化的机体、油底壳,机体盖等有限元模型。根据发动机的实际工况,利用多体动力学软件分析了曲轴轴承在一个工作循环中受力历程曲线,将该受力载荷导入声学分析软件中,进行发动机表面振动及噪声的仿真分析。最后与台架试验测试数据进行分析对比,为发动机的改进设计提供参考。本文主要研究内容如下:基于云内动力提供的某型号发动机参数,建立了曲轴、活塞、连杆等曲柄连杆机构的三维模型。将曲轴、活塞、连杆体及活塞销等装配成曲柄连杆机构,并对机体进行了模态分析。对曲柄连杆机构的运动学和动力学关系进行了分析,得到曲轴运动中各部件之间受力及运动关系。基于多体动力学分析理论和方法,对曲柄连杆机构进行多体动力学仿真分析。根据发动机实际工作的示功图和额定功率,建立曲柄连杆机构的多体动力学仿真模型。在后处理中,分析得到活塞的位移、速度及加速度曲线关系和曲轴主轴承受力时间载荷曲线。将曲轴主轴承受力时间载荷数据以表格的形式导出,作为发动机结构表面振动和辐射噪声的输入激励。根据发动机实际参数,考虑到计算规模和效率建立了简化的机体、机体盖及油底壳模型。建立发动机整机声学有限元模型,将多体动力学仿真分析得到的曲轴轴承力受力数据通过接口导入。利用直接振动响应求解器计算发动机结构表面振动量,得到结构表面的振动加速度。利用声振耦合求解器计算声学有限元表面声压级和场点上的声压级和声功率级。对该型号发动机进行台架试验,实际测得发动机结构表面振动情况。将实测数据与有限元仿真结果进行对比分析,对仿真结果进行验证。结合计算机仿真分析和发动机台架试验,为发动机后续改进设计提供一定的参考。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.172
【图文】：

连杆体,装配模型,曲柄连杆机构

柴油发动机结构形状比较复杂，各种零部件较多。在本论文中主要分析曲柄连杆机构多体动力学，因此利用 CATIA 制图软件建立其三维模型，主要尺寸如表 2.1 所示，图 2.1 为连杆体装配模型，图 2.2 为曲柄连杆机构装配模型。表 2.1 曲柄连杆机构主要尺寸Table.2.1 Main dimensions of crank connecting rod mechanism曲轴系结构长度（mm）曲柄半径 48曲柄销跨度 28曲柄销直径 36主轴颈直径 60主轴颈跨度 32活塞直径 85连杆长度 147

曲柄连杆机构,装配模型

曲轴,有限元模型,机体,元分析

第二章柴型元分析软件中，首先对机体进行材料的边界条件。该机体材料为铸铁，其泊松比为 0.28。机体的有限元网格化，机体有限元模型如下图 2.3 所示个。

【参考文献】