低噪声柴油机组合结构及连接部件优化设计方法研究

摘要

随着人民生活水平的不断改善，汽车保有量剧增，对汽车的综合性能的要求不断提高，发动机的噪声污染控制已经成为发动机工业发展的最具有挑战性的问题之一。为了促进发动机振动噪声研究水平的提高，本文通过理论、试验以及虚拟设计等多种手段对发动机振动噪声预测方法、连接部件数字化模拟方法、以及低噪声结构优化设计方法进行了深入细致的研究。
　　 在组合体建模接触部件的模拟方法方面，本文研究了两种不同的有限元模拟方法，分别为考虑螺栓预紧力和垫片的线性计算方法和使用接触单元的非线性计算方法。在瞬态振动分析中使用以上两种方法实现对垫片等接触部件和螺栓预紧力的模拟。最终内燃机整机振动预测过程中使用线性计算方法。将计算结果与试验结果进行比对，得到考虑螺栓预紧力和垫片的线性计算方法能够在内燃机整机振动烈度的计算中有更好的预测作用的结论。
　　 在柴油机低噪声结构优化设计方面，分别研究了针对直列六缸柴油机的加强框设计、一种新型的T型气门室罩减振垫片设计，以及针对直列四缸机的单平衡轴设计。
　　 为减小六缸柴油机的振动烈度和噪声辐射，提出了安装加强框的方法。通过对原机和加装了加强框的机型进行有限元分析，结果表明有加强框的缸体的固有频率普遍高于原机状态固有频率，加强框的安装对于增加缸体刚度有明显效果。最后通过振动和噪声试验证实，加强框的安装可有效的减小缸体各方向的振动烈度和噪声辐射。
　　 对于使用T型截面的气门室罩垫对气门室罩进行减振降噪方面，本文通过非线性的接触单元法模拟该气门室罩，计算该垫片的减振效果，并与普通平垫相比，证明该垫片有更好的减振效果。将其应用于实际机型上，并对该机型进行振动和噪声试验，证明该垫片的减振降噪效果明显优于普通垫片，可以在实际机型中广泛应用。
　　 最后通过对四缸柴油机平衡分析，得出引起其振动的主要激振源为二级往复惯性力和倾覆力矩，采用单平衡轴不完全平衡二级往复惯性力的设计方案后，除了可平衡一部分二级往复惯性力，又可起到降低倾覆力矩的作用，可以从一定程度上减小整机的振动烈度。并且计算出，针对本机构采用平衡轴平衡20％二级往覆惯性力时可使整机振动烈度达到最小。