呼大力

摘要：目前水污染、空氣污染以及噪音污染已經(jīng)嚴重阻礙了社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車的生產(chǎn)量也在逐年上升，汽車發(fā)動機的噪音給人們的生活帶來很大的干擾，為了減少排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音，開始在汽車上安裝消音器。本文將介紹不同參數(shù)對消聲器的影響，分析消聲器的正交優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：消聲器設(shè)計參數(shù)；組合評估；正交優(yōu)化

文章主要從參數(shù)對消聲器的影響及正交設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容這兩方面內(nèi)容入手，消聲器設(shè)計中的參數(shù)主要有孔徑、穿孔管壁的厚度、進氣管的長度等等。正交設(shè)計依據(jù)正交實驗來確定最終的參數(shù)，所以第二部分的內(nèi)容主要是介紹正交實驗的相關(guān)內(nèi)容。

1.各種設(shè)計參數(shù)對消聲器的影響

（1）孔徑

消聲器的孔徑也會相應(yīng)到排氣系統(tǒng)的消音效果，在研究孔徑參數(shù)時應(yīng)該保持穿孔管管徑、進氣管長度以及排氣管長度不變，按照不同的情況來改變孔徑參數(shù)。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)可以得出消聲器的傳遞損失也隨著孔徑的增加而增加，但是并不是說大孔徑的消聲器的消音效果比較好，孔徑應(yīng)該控制在一定的范圍，這樣才能真正發(fā)揮消聲器的作用。

（2）穿孔管壁的厚度

穿孔共振的參數(shù)都會給排氣消聲器的功效造成影響，其中最明顯的就是穿孔管壁的厚度。消聲器的性能與穿孔管壁的厚度成反比，管壁厚度越大，傳遞損失就越小，聲波進入穿孔中會消耗較多的能量。消聲器在設(shè)計的過程中會適當(dāng)?shù)販p小穿孔管壁的厚度，來提高消聲器的性能。

（3）進氣管的長度

消聲器的性能主要受到進氣管插入長度的影響，插入的長度越長，傳遞損失也越小。綜合相關(guān)數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)40毫米的插入長度最為合適，大部分聲頻內(nèi)插入40毫米的進氣管都會取得很好的消音效果。要想獲得最佳的消音效果，應(yīng)該將進氣管的插入長度確定為40毫米。

（4）排氣管的插入長度

不同排氣管的插入長度對消聲器的影響程度也不一樣，30毫米的插入長度能夠消耗更多的能量，其他長度的消音效果并沒有很大的區(qū)別。不同的排氣插入長度在不同環(huán)境下的消音效果也有所不同，但是聲音在傳遞過程中損失的能力具有一定的規(guī)律。為了更好發(fā)揮消聲器的作用，一般會選擇30毫米的插入長度。

2.消聲器正交優(yōu)化設(shè)計

2.1正交實驗的優(yōu)劣勢以及基本步驟

2.1.1正交實驗的優(yōu)劣勢

正交試驗的優(yōu)勢是能夠利用部分實驗得出最終的實驗結(jié)果，縮短了實驗的時間。例如可以通過進出口異軸對消聲器的影響對消聲器的結(jié)構(gòu)進行分析，利用仿真技術(shù)得出實驗結(jié)果，最終確定最優(yōu)的設(shè)計方案。這種實驗方式相比較傳統(tǒng)的實驗而言，成本更低實驗周期更短，還能對不同類型的發(fā)動機以及噪音進行分析，相應(yīng)調(diào)整消聲器的設(shè)計參數(shù)，保證設(shè)計的質(zhì)量。但是這種方式不能對所有的消音器實驗方式進行檢測，只能依靠部分實驗結(jié)果來得出最后的設(shè)計方案。

2.1.2正交試驗的基本步驟正交設(shè)計首先需要對消聲器的各項參數(shù)進行實驗，只有根據(jù)實驗結(jié)果來確定最終的參數(shù)才能保證消聲器的質(zhì)量。這個表主要是實驗消聲器的各項性能。

消聲器正交試驗主要分為正交試驗方案的設(shè)計、正交試驗方案的實施以及實驗結(jié)果的驗證。首先正交試驗方案的設(shè)計主要包括設(shè)計目的以及正交試驗表的選擇，正交試驗設(shè)計之前一定要對消聲器的設(shè)計目的有明確的認識，消聲器的噪聲特征一定要與發(fā)動機的噪聲特征一致，根據(jù)消聲器的相關(guān)參數(shù)來確定實驗的對象。根據(jù)消聲器的影響因素和水平來確定正交表，消聲器的影響因素和水平一定要與正交表一致；其次是消聲器正交試驗一定要嚴格按照正交表上的實驗進行，通過實驗得出傳遞損失和功率損失，在實驗中應(yīng)該及時將實驗得出的結(jié)果填寫到正交表上，為下階段的結(jié)果驗證提供依據(jù)；最后是正交試驗結(jié)果的分析，分析方式可以分為計算分析和直接分析兩種，計算分析能夠?qū)ο暺鞯挠绊懸蛩剡M行排序，確定消聲器的設(shè)計方案，各因素對消聲器性能的影響程度，最后找到各影響因素的關(guān)系以及變化規(guī)律，計算分析方式能夠保證仿真實驗與物理實驗結(jié)果的一致性。直接分析法可以對仿真實驗與物理實驗的結(jié)果進行分析和研究，得出消聲器指標(biāo)的優(yōu)劣勢，還能將聲音特征與空氣動力指標(biāo)結(jié)合在一起，最終確定優(yōu)化設(shè)計方案。

2.2 設(shè)計參數(shù)的確定汽車排氣消聲器主要受到旁邊腔、雙層管外管直徑以及雙層管外管穿孔的直徑等等，在設(shè)計消聲器之前，應(yīng)該這些因素進行分析和研究，根據(jù)分析的結(jié)果進行正交實驗確定最優(yōu)的設(shè)計方案。旁邊腔結(jié)構(gòu)和雙層管外管穿孔直徑對消聲器的影響不是特別大，在正交實驗中可以忽略，如果有需要可以直接加入到實驗中。進出口異軸結(jié)構(gòu)可以減少消聲器在汽車底盤占據(jù)的控制，而且能夠很好控制低頻與中頻的噪音。所以為了保證正交實驗結(jié)果的科學(xué)性，將進出口異軸、雙層管外管穿孔率、雙層管外管直徑以及雙層管外管穿孔直徑作為實驗的主要參數(shù)，不同長度的進出口異軸，對于雙層管外管穿孔率的影響，了解四種不同參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)最后的實驗結(jié)果制定相應(yīng)的設(shè)計方案。

2.3發(fā)動機和消聲器的耦合設(shè)計

發(fā)動機消聲器的耦合設(shè)計中考慮的不僅僅是消聲器的性能，還需要考慮發(fā)動機的功率耗損、插入耗損、排氣差等等，根據(jù)這些因素來確定正交實驗，這樣才能保證設(shè)計的科學(xué)合理。將之前制定的消聲器設(shè)計方案與汽車的發(fā)動機模型進行耦合設(shè)計，計算實驗得出的結(jié)果。不同的消聲器設(shè)計方案對于發(fā)動機的影響也有區(qū)別，仿真實驗得出的結(jié)果主要是發(fā)動機的限定功率以及限定轉(zhuǎn)速得來，在確定最佳的方案時會采用計算分析和直接分析兩種，兩種不用的分析方式具有自己各自的優(yōu)勢，在發(fā)動機消聲器耦合設(shè)計中，直接分析的方式確定的優(yōu)化方案的消聲效果更好。

3.總結(jié)

綜上所述，為了保證設(shè)計方案的科學(xué)性和合理性，在確定設(shè)計參數(shù)的組合之前應(yīng)該進行相應(yīng)的實驗，正交優(yōu)化能夠大大減少仿真實驗的次數(shù)，最短的時間內(nèi)確定最優(yōu)的參數(shù)組合。設(shè)計參數(shù)組合的質(zhì)量得到保證才能保證消聲器的功效，將排氣系統(tǒng)制造的噪音控制在合適的范圍，為汽車行業(yè)今后的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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