汽车发动机噪音控制研究.doc

密级： 学号：自考本科生毕业论文（设计） 汽车发动机噪音控制研究学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日江西科技学院自考本科生毕业论文（设计）摘要随同工业、交通的蓬勃发展，环境噪声污染也愈加凸显，汽车的噪声占环境噪声中较大比例，和发动机噪声是汽车噪声的主要噪声源。噪音干扰人们的工作、学习和休息的同时，甚至会危机人体的健康，另外，由于噪音频率较宽，可能导致各种精密仪器误差增大，甚至损坏。因此，开展汽车发动机降噪方法的研究显得十分有意义。本文简述了发动机噪声的危害，然后由发动机噪声的来源入手，分析发动机各种噪声的产生机理，并总结相对应的发动机降噪方法和措施，同时阐述其降噪原理。随着科技发展的日新月异，新型降噪材料被逐渐运用到发动机上，比如高阻尼减振材料、非织造吸音材料等，具体的运用，主要体现为高阻尼齿轮、陶瓷缸套等，新型降噪材料在发动机上的应用，对于发动机新降噪方法和途径的产生具有很好的借鉴意义。关键词： 发动机噪声；降噪；方法和措施；材料 AbstractAlong with booming industry, traffic, environmental noise pollution is also increasingly prominent, the noise of the cars accounted for a larger proportion in the environmental noise, and engine noise is the main noise sources of automobile noise.Noise in influencing peoples work,study and rest at the the same time, even endanger peoples health, in addition,because the noise frequency is wide, could lead to a variety of precision instrument error increases,even damage.Therefore to carry out the research of the automobile engine noise reduction method is very meaningful.This paper briefly describes the harm of the engine noise, and then by the source of engine noise, analysis of all kinds of engine noise generating mechanism, and summarize the engine noise reduction method and the corresponding measures, and expounds the noise reduction mechanism. Along with the development of science and technology changes with each passing day, the new are gradually applied to engine noise reduction material, such as high damping vibration damping materials, non-woven sound-absorbing materials, concrete utilization, mainly embodied in the high damping gear, such as ceramic liner, a new noise reduction materials in the application of the engine for a new engine noise reduction method and the way to produce has the very good reference.Key words: engine noise；noise reduction；method and measure；material I目 录第一章 前 言11.1 开展汽车发动机降噪方法研究的意义11.2 国内外汽车发动机降噪水平的概况21.3 汽车发动机噪声的危害2第二章 汽车发动机噪声的产生机理42.1 汽车发动机噪声的来源42.2 空气动力噪声42.2.1 进气噪声52.2.2 排气噪声52.2.3 风扇噪声52.3 燃烧噪声52.4 机械噪声62.4.1 活塞敲击噪声62.4.2 配汽机构噪声62.4.3 传动齿轮噪声62.5 发动机表面辐射噪声6第三章 发动机噪声的控制策略及原理83.1 空气动力噪声的控制83.1.1 空气动力噪声干扰因素及掌控83.1.1 空气动力噪声控制对策的原理83.2 燃烧噪声的控制93.2.1 燃烧噪声干扰因素及掌控93.2.2 燃烧噪声控制对策的原理103.3 机械噪声的控制103.3.1 活塞敲击噪声的控制对策及原理113.3.2 配汽机构噪声的控制对策及原理113.3.3 传动齿轮噪声的控制对策及原理11第四章 新型降噪材料在发动机上的应用134.1 新型降噪材料的组成134.2 阻尼减振材料134.2.1 阻尼减振材料的降噪机理134.2.2 阻尼减振材料的应用144.3 吸音材料144.3.1 吸音材料的降噪机理154.3.2 非织造吸音材料的应用154.4 隔音材料164.4.1 隔音材料的降噪机理164.4.2 绝热隔音材料的应用16第五章 总结和展望18参考文献19致谢20III第一章 前言1.1开展汽车发动机降噪方法研究的意义随着我国经济的发展，汽车等运输工具在经济发展中的作用愈发凸显，使人们忽视了汽车带来的一系列问题，如噪声污染和空气污染。然而随着国民物质水平的提升，干扰人们生活的不利因素也得到愈来愈多关注。近年来，随同工业、交通运输业的越来越成熟，噪声污染在环境污染中的比重也愈来愈高，人们对其危害的注意程度也渐渐提高，噪声甚至可能引发人们失眠、耳鸣、头痛、脑胀以及记忆力减退，另外噪声携带能量传播，可能造成各种精密仪器的损坏。是以汽车的噪声问题，已经变成人们关心的一个重点，因而汽车的舒适程度，已直接或间接地影响到消费者购置汽车。图1.1为汽车噪声污染。图1.1 汽车噪声的污染汽车噪音的很大一部分能量源于发动机，包括燃油的燃烧爆炸、机械构件的冲击（进气机构的打开与关闭、燃油混合气燃烧对活塞和汽缸内壁的受力变化、曲轴转动时的动不平衡等）。因此，对发动机噪音的降低研究十分重要，以提升舒适性。1.2 国内外汽车发动机降噪水平的概况中国在二十世纪80年代，已对内燃机噪声问题有了深刻的理解，于1983年，国家科技技术委员会已将发动机噪声研究，加入到全国38项重点研究项目中。然而，从1985年初开展噪声研究，直到现在，仍与发达国家存在很大差距；二十世纪70年代，先进工业国家的类似发动机与国产间，大多数都低于同类产品 3dB5dB噪声，直到 1989 年，在修订国家标准 GB25986“中小功率柴油机噪声限值”时，也仅仅减小1dB2dB。而日本环保厅统计材料显示，二十世纪70年代到90年代间，其小客车噪声缩小近 6dB (A)，而大型汽车车外加速噪水平缩小近 10dB（A）。有学者认为，当今中国内燃机噪声水平，处于进一步拉大与先进工业国间差距的过程中，缘故主要是：方今中国行使的发动机噪声水平限制尺度没达到国际水准，汽车噪声控制的管理执行体制要求水平与国外，仍有差距；在国产发动机降噪研究的投入力度不够，尤其是创新型核心技术领域；研究人员少，及研究设备等条件支持薄弱。现在，国内企业或科研单位，均已意识到与先进工业国水平的差距，很多高校如哈尔滨工业大学、同济大学等，以及某些科研单位、企业如北方车辆研究所、第一汽车集团公司（一汽）、中国汽车工程研究院有限公司等，均投入重资建造了发动机消声实验所，并且在噪音分析和研究方面，研发出很多新实验手段、技术等。追溯到上世纪中叶， 某些外国研发机构、高校，已经开展了发动机噪声有关研发工作。在1960-1961年间，英国的 T. Priodo 在机器和机构的工程研讨会议上，先后将与柴油机缸内压力谱模式和噪声的关系关联的著作公布，英国的 E. C. Grover.N.Lalor 又于1973 年公布著作，阐述了低噪音柴油机设计思想2。1982 年，M. F.Russell又讨论了内燃机噪声的控制调节技术。此时，一些学校和企业也进行了大量研究，英国南安普顿大学(University of Southampton)振动噪声研究所，于上世纪七十年代，提出了一个预测经验公式，此公式是关于柴油机 A 计权声压级的，不久之后，李嘉图(Ricardo)公司又进一步完善了该公式。到了上世纪90年代，许多大汽车生产商如德国戴姆勒、日本本田等，均已深刻意识到到汽车 NVH(Noise Vibration & Harshness)，在企业竞争中，是重要的致胜因素，美国通用、德国宝马和日本丰田等开展NVH相关科研工作，己成功缩小汽车的各种噪声 10到20dB 不等。1.3 汽车发动机噪声的危害环境噪声在环境污染中的比例正在逐渐提高，而汽车噪声在环境噪声中恰恰占了相当大的比重。噪声不单单干扰人们的工作，学习和休息，也可能会危害到人体健康，因为每个人的体质差异，噪声对人体的危害也因人而异，有些人会头痛，有些人会引起失眠，有些人会引发耳鸣，严重者甚至可能导致脑胀、记忆力衰退等。统计研究表明，噪声将使工作效率下降一层到五层不等，随噪声强度的逐渐增加，出错率数值还会递增。图1.2为噪声水平与出错率的关系。图1.2 噪声水平与出错率的关系噪声不单单对人体有干扰，对某些特殊设备，比如精密仪器等会造成不同程度的影响，缘故是由于噪音频率较宽，当声音响度达到一定程度时，设备会出现信号误差，甚至不准，当量级超过150dB(A)时，将严重到损坏设备，而且在高强度噪声的持续作用下，一些易被激励的机械部件，对于某种薄壁类部件，很可能引发永久性的损伤递增现象的出现，直至完全丧失功能。另外，当噪声响度较大时，会掩盖驾驶者本应获取的声音信息，导致更多交通事故的发生。第二章 汽车发动机噪声的来源和产生机理2.1 发动机噪声的来源由于发动机是复杂的动力机械系统构成的机体，所以具有众多的噪声源，依据噪声的辐射方向，可将噪声划分为，直接辐射到大气的噪声和从发动机表面间接辐射到大气的噪声。前者，直接辐射到大气的噪声，分为进排气噪声和风扇噪声，即发动机空气动力噪声；而后者，从机体表面间接辐射到大气的噪声中，具体要素就是燃烧噪声和机械噪声。图2.1为内燃机噪声组成。 图2.1 内燃机噪声组成2.2 发动机空气动力噪声空气动力能源噪声，是空间气体发生运动或物体在空气中活动，物体与所处空间气体产生碰撞，引发空气涡流，或是缘于空气中压力的突变，造成空气扰动及扩张，比如强压气体喷向一定范围的空间中，此中其它空气引起的噪声。具体分为进、排气噪声，以及电风扇噪声。这里面排气噪声又分为：排气管处气流声、单元时间中排气次数是一级频率的噪声、废气喷射和冲撞噪声、管道中气柱谐振噪声、气门杆后侧涡流噪声，另外还包含排气管内侧气流混乱噪声。2.2.1 进气噪声在发动机运行时间段，流动非常快速的气体流经空气滤清器，再经过进气管、气门，最后转入气缸，流动过程当中发生空气动力噪声。某些时刻，可能发出高于机体5 dB左右的噪声，因而，成为稍次于排气噪声的噪声源。其伴随转速提高而增强，而发动机机体承载的重量和它没有关系。2.2.2 排气噪声排气噪声，最紧要的为排气初始时刻。废气在排气门间隙中以脉冲形式排出，然后快速地从通气口排入大气，从而形成了能量高、频率复杂的噪声，其中包括基频及高次谐波的成分。此噪声，在机体各噪音中，属于能量最强最上级噪声源。且一般在绝大多数情况下，发出的噪音可能高于机体总噪10 dB(A)15 dB(A)。2.2.3 风扇噪声大多数情况，风扇噪声在总体空气噪声中，是决定性噪声源。它属于空气动力能源噪声，旋转和涡流的噪声，是因其周期性地使用叶片，旋转过程中冲击空气质点，引发周围空气压力出现脉动而引发的噪声。内燃机发动机风扇噪音，发动机机体处于低速运行中的涡流噪声是主要的噪声，机体超快旋转时的噪声将上升成为主要噪声源，随同风扇的转速的增强，直径大，扇风量值也随之升高，其噪声响度自然也就增高了；而假使风扇的效率低下，能耗大，噪声响度就处于该曲线谱上游。2.3 燃烧噪声通常，把燃烧时产生的气缸压力经过发动机各个部件，像曲轴、连杆、活塞等，并传递至发动机总体结构，引起整体振动所产生的噪声，称为燃烧噪声，如由于过热、燃油品质不良和点火过早等，造成的爆炸高频率噪声、活塞冲击缸体制造出的噪声等。燃烧噪声，究其根本的源头，还是在于缸体内部气体压力所经过的骤变，从产生机理上探究，能够得到下面几点：（1）在气缸内的压力急剧变化中，会使气缸和连接成分承受动载荷的强烈冲击，从而形成一个即时性激发撞击，并通过缸套，活塞和连杆机构，气缸盖，曲轴轴承， 最后扩散至发动机整体,导致结构构件产生振动。（2）在点火延迟期，喷入的燃料汇聚后于燃烧室中焚烧，在条件成熟时，在燃烧室第一个着火，然后某些点上的局部压力，开始快速攀升，到达邻近地区时，火焰蔓延， 而这种火焰具有同时向周围传播带有冲击性压力波的属性。受燃烧室的壁面压力波的影响，压力在气缸中出现反复来回特点，这就使周围空气成为高频率振动气体，这些气体在扩张行程中的振动将维持地特别长久，故而辐射出的噪音也处于频谱上端。（3）缸内气体压力，在发动机稳定的工作条件下的周期性的变化，可绘制出气缸压力曲线，然后，再对其进行傅里叶变换，可获得的光谱值的工作周期每秒发动机号频率压力的基本频率，这是一种气体压力振动，振动激发发动机气缸连接组件。2.4 机械噪声发动机机体各噪声中机械噪声，是指运动部件因冲击和振动而激发的噪声，通常是缘于气体压力和惯性力的作用。发动机运行时，由于摩擦、冲撞、扭转不均匀等原因，激起零部件的机械振动而产生的噪声。随着速度提高迅速增加的机械噪声，影响其响度的，主要是激励力，运动部件的结构等。机器和构件等噪声响度，又取决于活塞冲撞噪声和气阀门机械噪声。2.4.1 活塞敲击噪声活塞对缸壁的冲撞所引发的噪声，一般在发动机总体各噪声中，是带有主导性质的机械噪声。活塞之所以会冲击到缸壁，缘于它们间的间隙，且在来回运行过程中，活塞经受的横向力易产生方向突变。活塞与缸壁之间存在的间隙，将造成对缸壁的强烈撞击，尤其是在压缩行程结束和膨胀扩张行程起始阶段，此冲击更为严重。2.4.2 配气机构噪声配气机构，在机体中是关键性机械噪声。由于配气机构的零件众多、刚度较差，易引起振动和噪声。在配气机构中，凸轮和挺杆间的摩擦振动、气门落座时的撞击、摇臂撞击门杆尾部以及气门的不规则运动等均会产生噪声。2.4.3 传动齿轮噪声传动齿轮噪声，详细表述即指齿轮啮合过程当中，各齿轮的齿之间发生冲击、摩擦激发出的噪声。在内燃机中，齿轮轴承的动态负荷交替，动态负载会导致轴变形，并且这类动负荷会经过轴承，最终传递到发动机壳体和齿轮所处空间，使总体表面刺激出噪声。此外，曲轴扭转过程中，会对正常啮合中的齿轮产生破坏作用，最后激发出噪声。2.5 发动机表面辐射噪声发动机空气动力能源噪声，无论进气噪声、排气噪声或者风扇噪声，这些均是直接辐射到大气的噪声，而在发动机机械运动的过程中，引起整个机构中各零部件的震荡，从而扰动周围空气导致的噪声，即称之为表面辐射噪声。第三章 发动机噪声的掌控策略及原理3.1. 空气动力噪声的控制空气动力噪声，即进气、排气和风扇噪声，是发动机众噪声中份量很大的噪声源，因此对空气动力噪声的掌控十分有必要。3.1.1 空气动力噪声干扰因素干扰空气动力噪声的成分主要是管道直径和长短、进排气歧管出涡流的大小、气门间隙以及风扇叶片材质、旋转速率等。3.1.2 空气动力噪声控制对策及原理1.进气噪声的控制策略主要是：（1）在空气滤清器的选用及设计上，尽可能的合理和最优化。优化改造进气管道时，关键是注意如何使进气管内压力脉动程度的减弱，还包括气门出口处的涡流强度。（2）对空气滤清器内部气体流入管道的直径、长度，加以确定。缩短空气滤清器进、出管直径，增大膨胀率，利于降噪，但会使得进气压力损失增加，另外降低了进气量，会限制发动机性能的施展。（3）合理使用消声单元。赫姆霍兹共振腔、1/2管、1/4管是常用的消声单元，还有其他波长的消声单元。赫姆霍兹消声器适用于处于频谱曲线中低阶中噪声的消除， 1/4管通常是针对高频噪声。（4）采用特殊消声措施。在发动机所处空间不能满足消声单元要求时，可使用特殊消声措施，如采用进气编织管，可在较宽的范围内获得消声效果。尤其是将多孔吸声材料，设置在空气滤清器声压集中的地方。2. 排气噪声的控制策略主要是：(1)着手排气系统的最优化设计，具体像减弱共振，消除涡旋，还有管道长度、直径等。(2)使用废气的增压性涡轮装置，具备降噪效用。但最有效的方法还是采用高消声技术，使用低功率损耗和宽消声频率范围的排气消声器。3.控制风扇噪声的措施主要是：(1)风扇转速调整到最大合理化，转速过高时，发出的噪声要远高于其他。控制风速，增加叶片，但必须在结构条件容许下；必须在保障风量和风压后，采用符合流体力学理念的风扇，且所选须是高效率的风扇。(2)可选用叶片不均分布风扇，因为叶片不均匀，通常能使噪声频谱线趋于平滑，噪声也就趋向平和了。(3)选用塑料取代钢板，通常具有一定降噪成效，但目前，制造成本略高于钢板风扇，且消耗功率较低。在国外，有一种塑料柔性风扇，在中小功率的内燃机上，应用得非常广泛，另外其安装角还可以变换。此风扇，采用了薄钢板和塑料为制造素材，这种风扇的叶片扭转程度随风速增加而变弱，风扇消耗功率和噪声也由此降低；且风扇低速转动时，叶片回旋程度的减弱，却保障了气体流量的充足。(4)研究显示，风扇工作时间不到总体的一成，故而装上风扇离合器，不但能够维持机体温度，还可以降低能耗、噪声等。(5)电扇和散热器具的系统，达到最优化的设计。比如，将机体与电风扇间距离控制在合理范围，充分考虑散热器与电扇间距对风量的影响，正确的布置和最佳的设计，可促使电风扇转速下降。3.2 燃烧噪声的控制燃烧噪声，以柴油机最为突出，故而燃烧噪声的掌控，对于柴油发动机降噪格外有价值。3.2.1 燃烧噪声干扰因素及控制构成燃烧噪声的产生要素是：结构、焚烧过程、运行状况和其余等。燃烧噪声产生要素，这里面的结构是指燃烧室和燃烧系统，此中两个重要参数是总体压力增长速率dp/d、燃烧压力极限值PZ，这两个参数直接决定缸内压力频谱曲线的波动。焚烧过程当中直接决定噪声的是点火延迟期，典型的是直喷式柴油机噪声，同时室壁温度、室内温度等都会对噪声产生作用，此中的影响成分，还包括进气温度、供油提前角发生的改变等。运行状况主要涉及转速和负荷，供油提前角不变下，噪声与负荷关系不大，这是缘于单位循环散热量会随同负荷提高而上升,PZ值、压力上升比(PZ/PC)数值上升,噪声水平也将上升；而点火延迟期的缩短，会使缸体和活塞间隙缩小,这是缘于室壁温度的上升，噪声会相对变小。其余包括燃料品质、代替性混合物、压缩比等。故而燃烧噪声的掌控对策，关键可分成这几项：（1） 燃烧室中的高压缩比的设计，精确的喷油，拓宽渠道，最优控制的喷射方向，缩小进气涡旋半径，可以有效地减少很宽的范围的噪声，无论负荷的变化。 （2） 调整供油提前角、喷油压力，对喷孔数量的最佳选择调整等。（3）设计和改良整个燃烧系统。具体例如，油膜蒸发燃烧系统，使单位时间产生燃油的速度提升，可达到控制燃烧噪声的目的。（4）合理选择燃料，提高燃油品质，谨慎选择代用燃料、入口混合物等。3.2.2 燃烧噪声控制对策的原理高压缩比型的燃烧室的设计，能够使得压缩完成时刻的室内压力及温度上升，也就促使了燃料更加迅速地进入燃烧状态，故而令点火延迟期的时间段变小，获得降噪的成效。精确的喷油，即喷油量及喷油方向的精确，喷油量的偏差将使点火延迟期时间的长短发生变化，从而影响到燃烧噪声。燃烧系统的改良，例如油膜蒸发系统，使得单位时间燃油的生成速度更为迅速，也就缩短了点火延迟期。燃油品质的差别，将使燃料到达燃烧状态的时间段长短各不相同，从而改变点火延迟期，影响到噪声。 3.3 机械噪声的控制机械噪声在发动机运行初期，并不凸显，当运行程度到达一定阶段时，也就是中高速时刻，机械噪声将成为各噪声大份量很大的噪声来源，因而对于机械噪声的掌控就调节位于噪声频谱上中高段的噪声而言，显得颇有必要。图3.1为发动机传动齿轮。图3.1 发动机传动齿轮3.3.1 活塞敲击噪声的控制对策及原理干扰活塞敲击噪声的关键性因素，在于活塞与缸壁间必然存在的极小距离的间隙，这就必将引起运动中的活塞从缸体中心轴的一边跑到另一边，这种往复的冲击终而产生噪声。活塞敲击噪声的控制对策，关键有下列几项：（1）对活塞销所处孔洞的短距离适度偏斜放置，此距离区间是（1-2）毫米，益于降噪。活塞销偏置之所以能够降噪，是源于活塞顶部达到上止点时刻，侧作用力的突变，活塞从推力较弱的一端急速转向推力较强的一端，与缸壁发生冲击引发噪声，而活塞销侧向于推力强一端的偏斜放置，将使得活塞上所处位置的气体产生一种力矩，通过此力矩产生的效用，活塞围绕活塞销转动，从而令整个偏转过程从急速变成逐渐，即缩小了冲击的幅度及力度，终使噪声衰减。（2）设置或开凿横向绝热沟槽，于活塞终环槽下部位置。活塞终环槽下部位置嵌入如钢筒类，斜锥椭圆类裙部等形式，具备有效缩短其与缸内壁间隙的效用。（3）缸套刚度的提高，对活塞冲撞缸壁声的缩小具备显著效果。也能够缩小因活塞与缸壁间的摩擦所制造出的噪音。增添高弹性筋、缸套加厚等应对措施，可使缸套抵抗变形能力提升。（4） 对缸体内壁与活塞润滑条件加以改善、增强，另外，如对于活塞敲击缸壁间阻尼效用的提升，亦可使得活塞敲击噪声变得更为平和。 3.3.2 配汽机构噪声的控制对策及原理配汽机构噪声在机械各噪声中也占有举足轻重的地位，而干扰其噪声的成分表现在各个零部件的摩擦、冲击及开启关闭的冲撞等。对于控制配汽机构噪声，关键性对策是：（1）改善轮滑条件，油膜厚度直接决定了摩擦的剧烈程度，厚度达到一定程度时，能使噪声不突出。（2）缩小气门间隙是降低其噪声的根本方法，但仍须维持适度距离。采用新型驱动系统，如液压驱动、液力挺柱等。（3）变换推动装置和调节推杆长度等，具体如用顶置式凸轮轴取代推杆，益于降噪。3.3.3 传动齿轮噪声的控制对策及原理 传动齿轮运行中，两齿轮啮合时产生了振动，干扰传动齿轮噪声的因素主要为轮轴扭转速度、齿轮数，同时齿形、齿向、齿间啮合距离发生的变化以及外部加于其上的动载荷的改变导致齿间冲撞的加剧都会干扰其噪声，而各齿间啮合的间隙，是致使齿间冲击、摩擦加剧的本源性原因，另外随同载荷的持续作用，磨损逐渐累积加深，令齿间缝隙扩大，冲击、摩擦程度的增加也会使得噪声响度提高。故而，对于传动齿轮噪声的应付对策或措施，多为以下几项：（1） 提高齿胚精度，齿胚精度直接决定成型后的齿轮精度，也就关系到齿轮面保持光滑平整、抵抗变形和承受载荷能力的高低，同时在齿轮制作工艺的优化选择，制作过程中务求操作规范，消除啮合间隙，另外对齿面所处环境的润滑状况加以完善，也可减少齿轮间摩擦滑动等。（2） 在制造上使用特殊材料，比如高阻尼塑料，降噪上获得了显著成效，相关研究人员经过测试，其约有0.5dB的降噪效果，说明其远胜钢材制作。（3）齿轮传动系统的位置，最合理倾向的布局，例如安装在飞轮侧的正时齿轮，具备减弱齿轮曲轴扭转振动幅度的效用。（4）采用正时齿形。正时齿形联合正时齿轮的转动，降噪成效显著。正时齿轮是指，能够使配汽机构与曲轴连杆构件，在最佳时刻连接的齿轮设计，按带动方式，又分为链条、齿带、齿轮。正时齿形，例如，采用剃齿刀对齿形进一步细微化处理，修形后的齿轮与未修形齿轮，噪声大概有5dB6dB差异。以气缸直径为87.5mm的涡轮增压四冲程发动机(直喷或非直喷),转速为1000r/min时的噪声为例，安装普通齿轮与安装精加工齿轮前后噪声测试如表3.1。表3.1 普通齿轮与精加工齿轮安装后噪声对比安装齿轮类型测试位置机体总噪（HZ）安装的普通齿轮181.3281.1380.9平均81.1安装的精加工齿轮180.4280.5380.2平均80.3第四章 新型降噪材料在发动机上的应用4.1 新型降噪材料随着发动机降噪研究的日渐成熟，许多新型降噪材料被应用到发动机上。材料凭借降噪机理，分为阻尼减振、吸声和隔声；凭据材料成分，可划分为分子密集型和不含大分子型两类，分子密集型材料具体代表，例如塑胶、橡胶及复合类材料等；按组成的体系划分，有单组分和复合组分类降噪材料。 而应用到发动机上的新型降噪材料，其主体还是阻尼减振材料、非织造吸音材料和绝热隔音材料。4.2 阻尼减振材料使固体机械振动能源转化为热能耗散之材料，即阻尼材料。降噪材料中很大一部分的阻尼减振高分子材料，它可分为减振涂料和减振片两大类。减振片中包括塑料体系和橡胶体系。塑料体系中比如聚氯乙烯(PVC），常见于管材、板材、玩具等；聚醚型聚氨酯(PUR)，常用于床垫；环氧树脂(EP)，常用在型材、薄膜等，另外还包括一些陶瓷粉、金属粉等。橡胶系列中例如天然橡胶，常见如胶带、电缆等；乙丙橡胶、丁基橡胶等合成类橡胶，常见于传送带、轨垫一类。减振涂料，如聚氨酯泡沫（PUR），常见于军工、航空等的高耐磨制件；乙烯/乙酸乙烯酯类共聚合物，常见如食品包装、绝缘线缆和粘胶剂等，其余包括沥青等。4.2.1 阻尼减振降噪原理分子密集型复合材料之所以能够减振降噪，此中关键性部分，还得从高聚合物依靠材料粘滞与弹力性质构成的阻尼机能论述。材料分子量大，分子链长，易缠结、卷曲，受外部能量(应力或振动)影响时，分子组成链因其主体构成链中单键内旋转而不断改变构象，运动滑移、解缠而产生内摩擦，这将使更多的能量转变为热能耗散；但之后加载于上面的能量耗散，因为大分子弹性组分或完全部分复原到其先前状态，材料的宏观机能得到还原。耗能模量E”和损耗因子tan 大小直接决定了聚合物阻尼效果，E”可理解为材料随变形耗能的特性，tan是指力场周期作用下，受力变形与该时刻电子变化量的正切比值，在玻璃化结构转换的时刻，两个参数到达极限值。减振材料中，粘着性、还原本身形态性质的能力非常大的高聚合物占了很高比例，例如橡胶一类。但其阻尼功用并不完全依赖于材料粘弹性，如晶间、相边界错位等，不同的瑕疵均有阻尼效用。其缘于能量加于瑕疵部位之上产生的作用，可能使其发生小部位滑移，瑕疵表面及轻微移动的其它部位,也会耗散能量的一部分。而玻纤强化型高聚合物的阻尼机理更为复杂，生产出的纤维本身具备阻尼效果，除了高聚合物的粘弹性和阻尼的效用外，部分损坏处，自身随同温度性能也发生改变的属性也具有某些效用。在高聚合物中添加导电颗粒，结合材料本身的粘黏效用，获得的降噪成效，可令机械能转变成电能再到热能，这种材料即压电阻尼材料。在材料经受振动时，压电颗粒将振动能源经受一系列反应转换为电能，导电粒子再将其转变成热能消耗散失。4.2.2 阻尼减振材料的应用在汽车发动机上，一般用防振橡胶、弹簧等防止和减少发动机及悬架等的振动，还有使用高阻尼合金制作的齿轮及高阻尼硅胶类排气尾管等，另外在风扇的转子材质的制造上使用高阻尼材料，降噪效果也相对较为明显。高阻尼合金材料，例如相关的Cu基高阻尼合金材料的优化设计和试验研究,获得了Al,Ni,Mn三种合金元素在Cu基合金中的合理配比,经过多种性能测试,筛选出的三种成分的合金:Cu-AI14-Ni4,Cu-Alll-Mn6,Cu-All3-Mn6-Ni4,此三种合金的阻尼性能转变在100以上，且具备较好的力学性能。图4.1为高阻尼铜合金齿轮。图4.1 高阻尼铜合金齿轮4.3 吸音材料吸声材料中，特别多数量的均是多孔材料,内外有数量极多的互相连通型小空洞和细微间隙。声波经过细孔进人材料内部，孔壁间产生摩擦的同时，也会引发周围的空气发生振动，空气的速度也会在这个过程中发生变化，又在摩擦和粘滞力的作用下，很大一部分能量转化成热能耗散，从而使声波减弱。在当前科技水平下，应用的量最多、最大还是分子密集型发泡材料,此中比如烯（PVC）泡沫塑料，具体常见物如软塑料拉伸膜之类；聚氨酯（PUR）泡沫塑料，具有超耐磨、吸震、抗静电等特性，常见于机械连接部位制作、建筑美化方面；酚醛泡沫塑料,以其绝热、保温、吸湿、防震等性能闻名，故而常见于保温具、防潮设施等。这些全属多孔泡沫材料。4.3.1 吸音材料的降噪原理吸声材料性能的优劣，关键还是看材料结构，而如何评断材料具体的性能强弱，则是依靠其吸音率，也就是吸音系数。吸音系数，即声波经过物体外表面时反射其能量被吸收的百分率()。吸音吸能将随同值，增加而变强。 (4.1) 式中: EA被吸收声能,J； EO机体总的声能,J； ER反射出去的声能,J；相似类材料，随同音波频率的不断波动,吸声机能也将发生骤变。故而,在现实生活的具体应用上，必然要求得到某些关键性频率系数，另一种对策就是对所处综合性多数情况的数据，求平均值。4.3.2 非织造吸音材料的应用吸音材料原本多用于建筑行业，要应用到发动机上，必须考虑到材料的隔热、耐高温性能。通常，是对以玻璃纤维为主的吸音材料、非布织物外表面加以处理,将其后侧设计成空气层结构以取得降噪成效，主要类别有玻璃纤维、吸音棉、废毛毡等，因而可在发动机上机罩底覆盖一层非布织物，再如德国的J.H. 齐格勒公司，开发的一种细聚酯纤维非织造布，取名 Hacoloft， Hacoloft应用到发动机上，主要是在发动机组件上。以气缸直径为87.5mm的涡轮增压四冲程发动机(直喷或非直喷),转速为1500r/min时的噪声为例，联系3.11式，可计算出1米处的发动机整体噪声约为88.14HZ，相关吸音材料测试得出在同等厚度下，高性能双组份吸音棉、玻璃纤维、废毛毡的吸引性能系数分别为0.41、0.38、0.32，由此得出表4.1。表4.1 同等厚度各吸音材料吸音效果吸音材料吸音率吸音效果（HZ）高性能双组份吸音棉0.4152.0玻璃纤维0.3854.65废毛毡0.3259.94吸音材料的吸音性能与其厚度关系密切，厚度越大其吸音性能越好，相关测试得出，普通吸音棉在10mm、18mm、23mm时的吸音性能系数分别为0.08、0.14、0.16，同样以气缸直径为87.5mm的涡轮压强提升型四冲程发动机(无论直喷或非直喷),转速为1500r/min时的噪声为例，其吸音效果如表4.2。表4.2 同种吸音材料不同厚度吸音效果吸音棉厚度（mm）吸音率吸音效果（HZ）100.0881.09180.1475.80230.1674.04 4.4 绝热隔音材料绝热隔音材料，顾名思义，就是当声波达到材料表面时会使部分能量被反射回去，并且具备耐高温特性的材料。反射能量的多少体现其隔声机能的优劣。绝热隔音材料多为高分子材料，而分子密集型材料本身的隔音成效算不上上佳之选,添入填料后，可优化分子密集型材料的隔声机能。是由于聚合物材体添入填料后产生作用,模量上升,同时填料粒子总量增加得越大、对所处周围面积扩张地越快,其应力应变比的数值也会提升地更快；其熔融质体粘性度数值增大后,声波线到达材料内部扩散所消耗的阻碍作用力也会变强,声波强度也就得到了缩小。4.4.1 隔音材料的降噪原理质量定律是指决定板材或墙体等隔音量的基本规律。墙体、板材等的隔音量随单位面积的质量增加和上升关系的规律，即为质量定律。相关测试说明材料隔声性能，遵循质量定律,表示为: (4.2) 式中: R声音损耗数, dB；m面密度, kg/m；f声波频率HZ。该式是通过，对材料有可能所处的或接触、遭遇的各种假象条件下，进行演算后得出的R与m间的理论关系式，故而不适用于计算，但能够将其所增加的单元面密度对隔音量的主导效用表现出来，且随声频的提高，具体隔声量值也将变大。4.4.2 绝热隔音材料的应用绝热隔