張 楊 甄洪梅 楊 雋 欒永東

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動(dòng)力總成有限公司）

引言

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式包括鏈條傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)存在不穩(wěn)定性，導(dǎo)致各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生振動(dòng)，形成發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的振動(dòng)源和噪聲源。產(chǎn)生噪聲的原因有多種，噪聲的傳遞路徑比較復(fù)雜，各種振動(dòng)和噪聲綜合形成了復(fù)雜的聲場(chǎng)，當(dāng)噪聲超過(guò)一定數(shù)值時(shí)就產(chǎn)生了噪聲污染。要消除噪聲首先要弄清各種振動(dòng)源、噪聲源產(chǎn)生的基本原理，明確各種振動(dòng)和噪聲的特性以及它們之間的相互作用，以便采取有效措施控制振動(dòng)和噪聲[1-2]。

本文就某汽油機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生尖銳的哨聲進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)噪聲類(lèi)型進(jìn)行判斷，然后通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)得到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的頻譜數(shù)據(jù)，找到哨聲產(chǎn)生的噪聲源，由此采取措施降低此噪聲。

1 現(xiàn)象描述及初步分析

某發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生尖銳的哨聲，在起動(dòng)半小時(shí)后哨聲消失；發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫時(shí)起動(dòng)沒(méi)有哨聲。

由于哨聲尖銳、頻率高，排除由機(jī)體等大型部件振動(dòng)所致，懷疑是齒輪傳動(dòng)或者小型部件高頻振動(dòng)所致。可能的噪聲源有以下幾種：正時(shí)傳動(dòng)、平衡軸傳動(dòng)、曲軸與變速箱傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)傳動(dòng)[3]。

為了找到噪聲源，采用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)FFT 變換設(shè)備把時(shí)域數(shù)據(jù)變換成頻域數(shù)據(jù)，再通過(guò)分析各個(gè)可能產(chǎn)生噪聲部件的固有特性，找到產(chǎn)生最大頻響的部件。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集及噪聲源分析

2.1 振動(dòng)試驗(yàn)

在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上選取測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備得到整個(gè)機(jī)體內(nèi)零部件的時(shí)域振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，然后經(jīng)過(guò)頻域變換設(shè)備得到機(jī)體振動(dòng)的頻域信號(hào)，再對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)各個(gè)部件的固有振動(dòng)特性來(lái)找出振動(dòng)頻響突變的部件。

2.2 數(shù)據(jù)分析

圖1 為振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果。圖1 中，橫坐標(biāo)“階次”為每轉(zhuǎn)一圈敲擊或振動(dòng)的次數(shù)。

圖1 振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

從圖1 可以看出，低溫時(shí)高頻振動(dòng)對(duì)應(yīng)44 階次，而位于曲軸上的平衡軸驅(qū)動(dòng)齒輪的齒數(shù)正好為44 齒，判定主要噪聲源為驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪嚙合處。考慮到平衡軸齒輪的振動(dòng)，考察2 根平衡軸之間的連接，發(fā)現(xiàn)50 階次時(shí)振動(dòng)也較明顯，而平衡軸之間連接齒輪的齒數(shù)為25 齒，驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪的傳動(dòng)比為1 ∶2，所以50 階次對(duì)應(yīng)的特征正好是2 個(gè)平衡軸齒輪嚙合處的振動(dòng)，不過(guò)較驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪嚙合處的振動(dòng)要小很多。其他階次無(wú)明顯振動(dòng)。說(shuō)明尖銳的哨聲主要是在平衡軸齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合處以及2 個(gè)平衡軸齒輪嚙合處發(fā)生。

曲軸驅(qū)動(dòng)齒輪與2 個(gè)平衡軸齒輪的位置示意圖如圖2 所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪位置示意圖

首先測(cè)量拆解狀態(tài)下的平衡軸之間的齒隙。測(cè)量拆解后的曲軸箱發(fā)現(xiàn)，圖2 所示A 處間隙很小，B處間隙為0。產(chǎn)生該問(wèn)題的原因有2 個(gè)，其一為安裝平衡軸齒輪的曲軸箱尺寸不合格；其二為2 個(gè)平衡軸齒輪加工質(zhì)量不良，導(dǎo)致相嚙合齒輪之間的間隙過(guò)小甚至無(wú)間隙。

經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，曲軸箱尺寸合格，排除曲軸箱因素導(dǎo)致哨聲產(chǎn)生。更換新的平衡軸后，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，A、B 處均存在齒隙。因此鎖定平衡軸齒輪加工質(zhì)量不良，相嚙合齒輪之間的間隙過(guò)小甚至無(wú)間隙，導(dǎo)致哨聲產(chǎn)生。

舊平衡軸的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖3 所示。

圖3 舊平衡軸的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

更換新的平衡軸后，再次通過(guò)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，新平衡軸的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 新衡軸的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

對(duì)比圖3 和圖4 可以看出，在低溫條件下，更換新的平衡軸后，位于驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪嚙合處的振動(dòng)變得不明顯，同時(shí)2 個(gè)平衡軸齒輪嚙合處的振動(dòng)也減小；在高溫條件下，更換新的平衡軸后，驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪嚙合處的振動(dòng)減小。

2.3 噪聲源分析

經(jīng)過(guò)上述分析，尖銳哨聲產(chǎn)生的主要原因?yàn)槠胶廨S齒輪加工質(zhì)量不良，導(dǎo)致相嚙合齒輪的齒隙過(guò)小甚至無(wú)齒隙，產(chǎn)生哨聲。

而發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)20 min 后哨聲漸漸消失是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，鋁合金缸體和鋼齒輪的熱膨脹系數(shù)差別較大，在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱變形量不一樣，從而使齒隙變大，哨聲消失。

2.4 降低噪聲的措施

適當(dāng)加大圖5 所示的曲軸與平衡軸1 中心距C的公差以及平衡軸1 與平衡軸2 中心距D 的公差，見(jiàn)表1。

表1 公差變化

圖5 中心距

振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，公差適當(dāng)加大后，哨聲消除。原因是公差適當(dāng)加大后，可增加齒輪之間的嚙合間隙，避免因齒隙過(guò)小引起哨聲問(wèn)題。

3 結(jié)論

某發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生哨聲。通過(guò)對(duì)機(jī)體進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試和分析，得出冷起動(dòng)哨聲產(chǎn)生的源頭為曲軸驅(qū)動(dòng)齒輪與平衡軸齒輪之間、2 個(gè)平衡軸齒輪之間的間隙過(guò)小。適當(dāng)加大曲軸與平衡軸中心距的公差以及2 根平衡軸中心距的公差，可增加齒輪之間的嚙合間隙，避免因齒隙過(guò)小產(chǎn)生哨聲問(wèn)題。