噪声振动频谱分析与实例

VibInfo

发动机是多声源的复杂动力机械，按照噪声辐射的方式来分，可把发动机的主要噪声源分为直接向大气辐射和通过发动机表面向外辐射两大类。
   直接向大气辐射的噪声源有进气噪声、排气噪声和风扇噪声。它们是由气流的振动而产生的空气动力噪声。柴油机进气系统中的增压器及扫气泵的噪声，也包括在进气噪声中。
   发动机表面向外辐射的噪声，是发动机工作时，内部结构的振动而产生的噪声，通过发动机的外表面以及与发动机外表面刚性连接的零部件的振动向大气辐射的，因此叫做发动机的表面噪声。发动机的表面噪声，根据产生的机理，可分为燃烧噪声和机械噪声。
   燃烧噪声，是发动机工作时，气缸内周期性变化的气体压力的作用而产生的。它主要由发动机的燃烧方式和燃烧速度来决定。
   机械噪声，是发动机工作时，各运动件之间以及运动件与固定件之间由周期性变化的机械作用力的作用而产生的。它与激发力的大小、运动件的结构等因素有关。
   应该指出的是，燃烧噪声和机械噪声是很难严格区分的。部分机械噪声也是发动机气缸内燃烧间接激发的噪声，例如气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖、活塞——连秆——曲轴——机体向外辐射的噪声也是由燃烧激发。将活塞对缸套的敲击、正时齿轮、配气机构、油泵系统等运动件之间机械撞击所产生的振动激发的噪声叫做机械噪声。
   发动机的型式不同，其各噪声源所占发动机总噪声的比例也不同。柴油机的主要噪声源是燃烧噪声：汽油机的主要噪声源是进、排气噪声和配气机构噪声；风扇噪声在风冷汽油机中是主要噪声源之一。

l）燃烧噪声
   四冲程发动机工作循环由进气、压缩、燃烧和排气行程构成，从点火开始到燃烧结束期间是燃烧噪声的主要产生期，快速燃烧仲击和燃烧压力振荡构成了气缸内压力谱的中高频分量。燃烧噪声是具有一定带宽的连续频率成份，在总噪声的中高频段占有相当比重。一般来说柴油机缸内压力较高，且压力增长率最大值远高于汽油机，所以柴油机的燃烧噪声远高于汽油机。

2）进气噪声
   进气噪声是发动机的主要空气动力噪声之一，它是由进气门的周期性开启与闭合而产生的压力起伏变化而形成的。当进气门开启时，在进气管中产生一个压力脉冲，而随着活塞的继续运动，它受到阻尼；当进气门关闭时，同样产生一个有一定持续时间的压力脉冲。于是产生了周期性的进气噪声。其噪声频率成分主要集中在 200 HZ以下的低频范围。与此同时，当气流以高速流经进气门流通截面时，产生湍流脱体，导致高频噪声的产生，由于进气门通流截面是不断变化的，因此湍流噪声具有一定的频率范围，主要集中在 1000 HZ以上的高频范围。进气管空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率相一致时，空气柱的共振噪声在进气噪声中也会较为突出。

3）排气噪声
   排气噪声是发动机噪声中最生要的噪声源，其噪声一般要比发动机整机噪声高出10～15dB（A）。发动机排气属高温（800～1000D）、高压（3一个大气压）气体。排气过程一般分为两个阶段，即自由排气阶段和强制排气阶段。发动机废气从排气门高速冲出，沿着排气歧管进入消声器，最后从尾管排入大气，在这一过程中产生了宽频带的排气噪声。
   排气噪声包含了复杂的噪声成分：
   以单位时间内排气次数为基频的排气噪声，其基频可由下式计算：
    f＝Gn／ 60j
   式中G为气缸数；n为转速n；j为冲程数，四冲程j＝2，二冲程j＝1；
   排气管内气柱共振噪声，其频率可由下式计算：
   f＝（2i－1／2）＊（c/l），式中
   c为当地声速，  l为气柱长度，  i为 l，2，3……等；
   还有排气歧管处的气流吹气噪声；废气喷注和冲击噪声；气缸的共振噪声；卡门涡流噪声及排气系统内部的湍流噪声等都在排气噪声中占有一定比例。
   影响发动机排气噪声的主要因素有：气缸压力、排勺门直径、发动机排量及排气问开启特性等。对同一台发动机来说，发动机转速和负荷是影响其排气噪声的最主要因素。

4）摩擦振动噪声
   凸轮和摇臂（或挺柱）之间在很大的正压力下进行相对滑移，因此存在很大的摩擦力。这种摩擦力可激发起摩擦振动产生噪声。一般情况下，这种噪声分布在很广的频率范围，属子宽频带噪声。

5）气门杆与摇臂的撞击噪声
   由于发动机可达很高的工作温度，必须考虑配气机构各个传动零件的热膨胀。未采用液压挺柱的配气机构中，常温下在气门杆与摇臂之间必须留有气门间隙。开启气门时，摇臂越过气门间隙才能压迫气门杆运动，这就产生了撞击发出噪声，其噪声的基频可通过下式计算得到：
   f＝ Gnj/60
   式中，G为发动机的气缸数；
         n为发动机的转速；
         j为行程系数，四行程汽油机j＝2。

6）气门落座噪声
   打开的气门依靠弹簧的作用力回复到关闭状态，在这种强大的作用力下，气门与气门座将产生撞击，发出噪声。其基频也可由f＝Gnj/60计算得到，式中各符号意义同上；其频谱峰值出现在气门座缸盖系统的固有频率附近。

7）机体表面辐射噪声
   发动机每一个零件都是一种结构，都会在激振力的作用下发生振动。振动的结构表面会辐射噪声，故称为机体表面辐射噪声。无论是发动机的燃烧噪声，还是机械噪声最终都要通过发动机表面振动来辐射。现代发动机表面辐射噪声的能量主要集中在1600Hz 到 2000Hz。

从上面的噪声频谱特性我们应该就可以了解到为什么发动机的噪声或者振动的频谱会有阶次特性。
请哪位兄弟说下发动机的阶次问题？
希望大家都来参与讨论。


来自：EME测试论坛
http://www.dfeme.net/cgi-bin/leobbs.cgi

VibInfo

对于汽车而言，NVH问题是处处存在的，根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和底盘NVH三大部分，进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。

NVH问题是系统性的。例如有些轿车行驶时车厢噪声大，查源头在发动机，那么这一个噪声问题可能就涉及到三个部分，一个是发动本身的噪声大，一个是发动机悬置部件减振效果差，一个是车厢前围和地板隔音技术不好，是一个互相关连的系统问题。。当遇到车厢噪声大时，人们一般考虑加强车厢隔音技术和材料，而对真正的噪声发生源-发动机则是无能为力，这只能是“亡羊补牢”，无法从根本上解决问题。但如果运用NVH解决方案，就会涉及发动机、悬置及车架等，从根本上减少噪声产生的来源。因此，NVH问题实质是汽车设计中要解决的问题，而不是汽车进入市场后要解决的问题。

汽车的发动机和车身都通过弹性元件支承在车桥和轮胎上，构成一个弹性振动系统，整个系统按照各总成部件又分成多个“弹性振动子系统”。当汽车因路面凸凹不平、发动机及传动系抖动或车轮不平衡而受激振动时，各“弹性振动子系统”发生振动且互相关联。振动是噪声产生的根源之一，行驶时振动大的车辆往往噪声也大。因此，从汽车NVH问题的角度看，解决噪声不能头痛治头，脚痛治脚，而应该考虑到整车其他方面的问题，例如要考虑到车身、发动机、轮胎、弹性支承等诸方面。

汽车NVH问题也涉及到零部件生产企业。近年随着专业化分工，整车制造企业已经逐渐将大部分零部件交给零部件生产企业来做。盛行的“模块化”生产方式把汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到装配生产线以外的地方去进行。这样，零部件生产企业必然遇到NVH问题。设计者考虑的问题也不单纯是零部件的本身，而是零部件与零部件之间，零部件与整车之间的关系。例如在解决发动机NVH问题时，CooperStandard发动机公司为了获得更好的降噪效果，对发动机做降噪处理外，还对车辆的发动舱、车厢内部设计结构都进行了声学研究，以求最好的解决方案。轮胎也是噪声的主要来源之一，一些厂商除选用低噪声轮胎外，对车轮罩衬垫进行声学特性设计，使其起阻隔噪声的作用。

jackmobile

顶一下，非常感谢院长

wrg

f＝ Gn/60j
由上式和rpm=order*f两个公式可知：四缸四冲程发动机的基频是二阶的

[ 本帖最后由 wrg 于 2006-9-5 16:49 编辑 ]

wrg

有个问题请教院长：
当排气管道有一定弯度时，排气管内气柱共振噪声f＝（2i－1／2）＊（c/l）是否需要修正，怎么修正?

谢谢！

cnwhb

顶一下，非常感谢 !

无水1324

受用

lswwt007

谢谢，非常感谢，很好的帖子

qinys_111

楼我在作单缸4冲程汽油机的噪声分离时，遇到机械噪声比总体噪声还大的情况。我们初步分析是由于活塞等部件由于没有压力而振动更为激烈。
楼主有什么高见吗？

hui2006

受用,学习

dcg225

不错

sunning

感觉看了之后还是有收获

wxr1000

理论是这样，但实际操作时，经验还是很重要，要善于发现问题，多看看文献，还是很谢谢院长

noisevib

有点宽泛哦！还是有所收益。

cqitzk

不错支持,不过还是发点工程实际的要实惠一点啊