主要噪声污染源之一.doc

汽车噪声污染是当今世界主要噪声污染源之一，而汽车的主要噪声是发动机噪声，因此，要降低汽车的噪声，就必须降低发动机噪声。而要降低发动机的噪声，首先应找出其主要声源的部位、频率等，针对这些主要声源采取必要的降噪措施。由于内燃机结构复杂、紧凑，工作过程复杂，振动剧烈，因此，采用一般的声学测量技术难以有效地获得噪声源的分布情况。而声强测量技术特别适合于内燃机噪声源的识别，它不但可测出主要噪声源频率的大小、分布情况，而且和一般的声学测量技术相比，它不需要特殊的声学环境，可在普通的内燃机台架试验室进行，效率也比较高。1 1声强测量原理及其系统设定2-3测量噪声源的声功率（声功率级），要在特定的测试环境中测量声压级，并经过的麻烦的修正才能确定。20世纪70年代后期出现了一种测量噪声的新方法，即声强测量方法。它的优点是不受声学环境的限制，能直接用于现场测量，同时分析速度要比传统的方法快得多。另外，声强测量不仅能测得该声场数值的大小，也同时测量出了声场的方向，测得的结果形成了一个能量场（既有大小，又有方向的矢量场）。声强可定义为单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能。声强测量的原理是利用声压与质点速度的关系来求出质点的速度，再依据式， （），则有：，求出声强，它等于某一点的瞬时声压和相应点瞬时质点振动速度的乘积。再由公式（W为声源在单位时间内发出的声功率，W；S为包围声源的封闭面积，m2；I为声强在圆面积dS法线方向的分量，W/m3）及式，求声功率和声功率级。声强测量系统是通过两只相距很近且靠近声源表面的传声器和一套数据处理系统来测量声强，并可求得声源的声压级、声功率级。图1-1所示为声强测量系统。该系统是利用双通道谱分析仪与电子计算机组成的测量系统，此测量系统以双通道分析仪为基本设备，附加计算机有关的辅助工具。声强 探头各放大滤波A/D微机声强分析软件图形显示图形打印图1 声强法识别主要噪声源系统流程图声强探头为两个传声器。设两传声器中心距为，传声器间隔中心处的声压为p，质点速度为u。两传声器测出的声压分别为p1和p2，则声压梯度近似值用一阶有限差分表示为：（1）当时，则两传声器间隔中心处的声压为：（2）质点的速度为：（3）将式（2）、（3）代入前述的，则有：（4）由此可见，通过两个传声器测得声压P1和P2，即可求得声强，其近似性及测量误差与传声器的中心距以及两传声器本身的测量系统有关。为了测得窄带声强谱，需要利用谱分析原理，导出频率域中的表达式。1977 年，基于 FFT 快速傅立叶变换的数字处理技术和计算机条件的成熟，美国的J.TChung与英国的F.J.Fahy分别证明了声强的互谱关系式（式5），提出双传声器法的现代声强测量方法，使声强测量进入实际应用。（5）式中 I(f)-在r方向上f频带的声强；p-空气密度，kg/m3; -两个传声器的中心距，m; f-频率，Hz; k-波数, m-1 Im-取虚部。G12(f)-声压信号的单边功率谱，等于其互功率谱密度函数与有效带宽的乘积2噪声源的识别2.1实验方案试验用的发动机是直列 4缸汽油机，其额定转速为 1700r/mim，额定功率为 85kW，怠速 650r/mim。发动机的声强测量实验相当于在半混响室内进行。四周墙壁及屋顶为交错排列劈尖状消声材料，地面为平整的混凝土。发动机安放在混响室中央，除声强探头之外的测试系统放在室外。该混响室的本底噪声为45dB（A）。由于该实验室基本为全封闭，因此几乎没有风速的影响。声强测试系统框图如图1所示。整个实验依据国家标准 GB/T16404 - 1996而测量。3为保证测量数据的可靠性，在测量前对声强探头及测量系统进行标定。仪器和探头满足IEC1043要求。为使测点定位准确，用已准备好的铁丝网格包围内燃机的前、上、左、右共4个测量面。其测量网格布置如图2所示。在网格的中心位置垂直于网格所在的平面进行声强测量。测量时将排气管引出包络面以抑制排气噪声对声强测量结果的影响。2.2发动机的声强分析试验测定了怠速、最大扭矩、标定转速以及正常工作两种转速，共 5种工况下发动机表面辐射的声强分布情况。本文描绘出标况下图 36的声强云图和图7、8的声强谱图、图9、10的1/3倍频程图。从图 36声强云图分析可知，发动机前端面的辐射噪声主要是第 7、8点附近，最大达 106. 01dB（A），因齿轮室罩属于薄壁件，在曲轴自由端与皮带轮连接处存在空隙，导致齿轮啮合噪声辐射很大。发动机上辐射噪声很大，尤其以气门室罩两侧的位置声强级较高，达105.69dB（A），这两侧位置对应于发动机的进、排气管的位置。发动机的右侧面最大噪声位置2确定为点 14处，该点对应的是发动机电机所在位置，由于电机属于附件附在发动机上，测量的时候该处的噪声明显加强。左侧面识别出来的是机油泵所在位置，同样也是附在发动机的表面，使该处噪声比较大。下面给出图 7、9声强谱图和图8、10 1/3倍频程图。由图 7可看出，该点的声强达108.19dB（A），频率大约为600Hz2000Hz之间。该点是发动机的托架所在的位置，说明附件托架也是主要的噪声源。从图 8中清楚地看到，该点总的声强为 104. 46dB（A）表现为高频。右侧面的3点声强为 105.97dB（A），表现为中低频，该点所在的位置为油底壳。左侧面的第 4点声强为 102.56dB（A），表现为中高频，该点主要是油底壳的位置，可见油底壳也是发动机的一个主要噪声源。4结论用声强云图的方法进行发动机的噪声源识别是一种快速、准确、直观的方法。根据对发动机表面声强测量的结果，可确认发动机的主要噪声源为齿轮室罩、油底壳、左右侧面的附属部件、附件托架、进、排气管等零部件。进行发动机噪声控制应从上述部件入手。发动机表面的附件对发动机表面的声强分布有重要影响，这些部件的设计应该考虑其声学特性。可适当进行声学优化。参考文献：1庞剑等.汽车噪声与振动M.北京:北京理工大学出版社，2006，62周新祥.噪声控制技术及其新进展M.北京:冶金工业出版社，2007，73莫秋云，安静贤，李文彬.声强测量噪声及对噪声源的识别J.西北林学院学报，2002，17（1）36-381金岩,郝志勇.车用汽油机噪声源的声强测量识别 J. 农业机械学报,2006