发动机配气机构振动噪声仿真研究

发布时间：2017-08-17 13:43

  本文关键词：发动机配气机构振动噪声仿真研究

  更多相关文章： 配气机构 凸轮型线 振动特性 边界元法 辐射噪声

【摘要】：近年来,发动机作为传统车辆的主要动力源,正向轻量化、高转速和低噪声方向快速发展。配气机构既是发动机正常工作的核心机构之一,也是高速发动机产生振动噪声的主要噪声源,其振动噪声问题越来越受关注。因此,有必要在设计阶段开展配气机构振动噪声仿真研究,为发动机低噪声设计提供理论指导,缩短设计开发周期,降低成本。本文以顶置凸轮轴式配气机构发动机为研究对象,利用AVL EXCITE TD平台分析配气机构运动学和动力学特性,采用有限元与边界元相结合的方法,分析发动机结构振动,研究配气机构引起发动机表面辐射噪声。配气机构激振力主要有气门落座力、气门弹簧力、凸轮轴轴承力、摇臂敲击气门杆的激励力以及凸轮与摇臂接触应力等。根据噪声产生方式将配气机构振动噪声分为两大类,一类是由零部件接触碰撞或摩擦产生的直接空气噪声,一类则是由激振力激励发动机振动向外辐射的噪声。利用AVL EXCITE TD软件搭建配气机构多质量运动学动力学模型,对进排气凸轮型线进行评价,分析其在低转速1500RPM时的运动学规律,并分析配气机构在4000RPM、5000RPM、6000PM三种转速下的动力学特性,获取凸轮轴力、摇臂轴力及气门落座力三个主要激振力。适当简化发动机结构体并建立有限元模型,利用Optistruct求解器进行发动机约束模态分析,分析研究发动机前20阶自然频率和模态振型。将凸轮轴力、摇臂轴力和气门落座力经FFT变换到频域,以不同组合的形式分别施加在缸头上,分析发动机结构的振动特性,并提取各载荷组合下的发动机表面振动速度。最后,以发动机表面振动速度为边界条件,利用边界元法进行结构噪声辐射仿真,计算辐射噪声声功率和辐射效率,通过分析找出主要辐射频段,分离该频段内各激振力引起的辐射噪声,并结合声强云图找出主要噪声辐射源,为低噪声结构设计提供理论指导。
【关键词】：配气机构 凸轮型线 振动特性 边界元法 辐射噪声
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 本文主要研究内容及技术方案11-14
• 2 配气机构振动噪声的产生机理14-24
• 2.1 典型顶置配气机构的结构形式14-15
• 2.2 配气机构产生振动噪声机理15-19
• 2.2.1 配气机构零部件受力分析15-18
• 2.2.2 配气机构振动噪声分类18-19
• 2.3 影响配气机构振动噪声的主要因素19-21
• 2.4 配气机构振动噪声的控制方法21-24
• 2.4.1 激励源的控制21-23
• 2.4.2 传递路径的控制23-24
• 3 配气机构动力学分析24-38
• 3.1 配气机构动力学理论基础24-27
• 3.1.1 配气机构运动学基础24
• 3.1.2 配气机构运动学评价指标24-25
• 3.1.3 配气机构动力学分析方法25-27
• 3.2 配气机构运动学与动力学建模27-31
• 3.2.1 配气机构运动学及动力学模型27-29
• 3.2.2 模型主要参数的计算29-31
• 3.3 配气机构运动学及动力学计算结果31-36
• 3.3.1 运动学评价结果31-32
• 3.3.2 动力学计算结果32-36
• 3.4 本章小结36-38
• 4 配气机构激励机体振动响应分析38-52
• 4.1 模态分析基础38-39
• 4.2 频率响应分析理论39-40
• 4.3 有限元网格化分及边界约束40-42
• 4.3.1 建立发动机三维实体模型40
• 4.3.2 有限元网格划分40-42
• 4.3.3 边界条件约束42
• 4.4 模态分析结果42-44
• 4.5 载荷的施加44-45
• 4.6 频域响应分析结果45-50
• 4.6.1 机体表面节点振动速度频谱分析46-47
• 4.6.2 机体表面振动速度云图分析47-48
• 4.6.3 不同激励对机体表面振动影响48-50
• 4.7 本章小结50-52
• 5 配气机构引起机体辐射噪声仿真52-68
• 5.1 噪声辐射分析理论基础52-60
• 5.1.1 噪声基本物理量52-53
• 5.1.2 声波波动方程推导53-55
• 5.1.3 声学边界条件及边界积分方程55-58
• 5.1.4 边界元法求解58-60
• 5.2 边界元模型的建立60-63
• 5.2.1 边界元网格划分60-61
• 5.2.2 声学场点布置61-62
• 5.2.3 边界条件处理62-63
• 5.3 噪声辐射仿真结果63-67
• 5.3.1 声功率频谱及主要辐射区域分析63-66
• 5.3.2 各激励引起的辐射噪声分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 总结展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 展望与不足69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-74

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本文编号：689339