发动机附件NVH探讨
问题描述
发动机附件在工作时会产生NVH(噪音、振动和刚度)扰动和动态不平衡力。大部分可听到或可触摸到的扰动发生在300Hz以下,但噪声也可能增加到3000Hz。像第3章所提到的悬置刚度问题一样,通过适当的设计可以避免许多振动噪声问题。在设计时,应权衡包装、替换件的通用性和成本等问题。
总体讨论
附件装在发动机上是为了辅助驾驶操纵、提供冷却和为整车提供电能。这些装置在工作时通常会产生循环能量输出,因此会产生NVH扰动,包括由部件不平衡引起的力矩。要解决这些问题,可以采取以下基本方法:
降低部件不平衡
降低驱动速度
增加活塞、叶片和加强筋的数量,以减少单个冲击。此外,单个激励输入之间的相互作用比总输入产生的扰动更严重。最后,附件必须视为整车的一部分,附件的最终安装应旨在实现完美的整车而不仅仅是单个组件。附件的设计不应仅仅是为了解决NVH问题,还应考虑整体设计,包括NVH和附件的工作输出。在设计时要考虑到整车环境,并进行基本的样车测试。工作性能与NVH的平衡
所有附件都必须符合发动机的动力性能和燃油经济性指标。附件的设计最终目标是实现动力性能和用户满意度之间的平衡。需要考虑附件的运转速度、载荷要求和尺寸平衡。
在设计时,应考虑附件中部件尺寸、重量和运行速度之间的平衡。过大的质量会增加控制振动惯性的难度,运转速度会影响一阶声音的能量级。优化发电机尺寸也可能导致许多冲突。福特公司通常使用40安培、65安培甚至更大的70安培发电机。
频率排列
通过平衡规范可以控制许多扰动。更有效的方法是将频率之间保持一定的间隔,这与传动比和齿数等因素有关。应该将扰动频率之间至少拉开10%的差距。如果无法实现这种差距,那么部件产生的微小振动能量级可能会引发严重冲突。
对于等速马达(如电控冷却风扇或辅助泵),其转速应降低,以避免与主要驱动模态的频率排列相重叠。如果同时使用两个或更多的马达,它们的频率应至少错开10%。
发电机注意事项
由于发电机的高转速,它也是一个重要的NVH问题来源。当传动比约为3.3时,当发动机转速接近6000rpm时,最大发电机转速可达20000rpm。在如此高速下,来自冷却风扇的噪声和一些不平衡力会更加严重。从NVH的角度来看,降低发电机的转速和增加安装支架的刚度可以有效地减少激励源。由于发电机的冷却需求是决定传动比的考虑因素,因此发电机的位置和发动机舱内的空气流动应首先考虑。
根据已有的规则,如0.25kg.mm规则,如果采用3.36的传动比,当发动机转速为5000rpm时,将产生约770N的力。这个力大于其他运动部件如传动轴、车轮和方向盘产生的力。因此,建议使用0.14kg.mm的发电机,这样即使在最高转速时也只会产生约450N的力。
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