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《吉林大学》 2015年
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柴油发动机正时链系统噪声源识别及振动噪声特性研究

奚佳欣  
【摘要】:正时链系统作为柴油发动机的重要组成部分,其振动噪声特性直接影响发动机的可靠性和使用寿命,因而备受行业与学者关注。论文结合吉林省重大科技专项课题(20126003)和吉林省自然科学基金项目(201401085JC)对发动机正时链系统噪声产生机理和激励源识别流程、辐射噪声预测方法进行系统深入研究,以国产4D20柴油发动机振动噪声问题为工程案例,建立了集试验、动力学分析、噪声值预测三位一体的完整发动机正时链系统振动噪声源识别与噪声值预测方法流程。 论文综述了国内外发动机振动噪声及正时链系统研究现状。介绍了发动机正时链系统振动噪声产生机理,阐述了正时链在运动过程的内部激励源与外部激励源。以国产4D20柴油发动机振动噪声问题为例,系统阐述了发动机振动噪声源识别试验方法,即通过发动机台架试验确定发动机前端为主要噪声源,使用近场声强法与近场声全息法对发动机前端进行辐射噪声测量,测量数据表明正时罩室部位噪声值极高,为发动机前端主要噪声源,且在发动机低转速工况下,2kHz频段处振动噪声尤为显著。进而通过振动测试方法验证正时罩室部位为发动机振动噪声源,从而确定正时链系统存在振动噪声过大问题。 基于多体动力学理论,建立了正时链系统动力学仿真分析模型。在考虑曲轴速度波动和凸轮轴扭矩波动等边界条件下,针对发动机低转速工况下,2kHz频段有噪声极值的现象,分别对正时链系统在曲轴转速为1000rpm和2000rpm稳态工况下的动力学特性进行了系统研究,分析了链条张力变化规律和液压张紧器动态特性。通过对仿真数据的频谱处理,显示出张紧器柱塞在2kHz处振动幅值相对较大,是造成正时链系统在该频段振动的主要原因。论文通过改善液压张紧器参数的方法修正张紧器阻尼特性,从而改善了张紧器在该频段的激励,降低正时链系统在该频段的噪声值。 论文以动力学分析数据为边界条件,对柴油发动机正时链系统振动特性进行了研究。依据正时链系统受力特点,对正时链系统进行了非线性静力学分析、有预应力的模态分析和特定激励下的谐响应分析,分析了系统前30阶模态频率及模态振型,得出了正时链在张紧器激励与啮合冲击影响下的振动特性,解释了系统在特定频段内剧烈振动的原因。同时对比张紧器优化前后系统的振动响应特性,讨论了张紧器对系统振动特性的影响。 论文建立了完整的发动机正时链辐射噪声值预测分析方法。计算了曲轴转速为2000rpm工况下系统的辐射噪声声功率曲线。详细分析了张紧器优化前后系统在2000Hz~2400Hz频段内辐射噪声值与辐射噪声云图,张紧器优化后正时链系统在该频段处噪声值降低5dB左右,进而得出了张紧器阻尼特性的改善对正时链系统振动噪声特性的影响规律。 论文的研究成果对完善我国柴油发动机正时链系统振动噪声源识别、噪声值预测及评估方法,加快我国柴油发动机和正时链系统振动噪声技术的发展,提升我国柴油发动机性能品质具有重要的理论意义与实用价值。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U464.172

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【参考文献】
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