朱東升，許濤，陸榮榮，阮仁宇

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某轉(zhuǎn)子機(jī)油泵階次噪聲優(yōu)化

朱東升，許濤，陸榮榮，阮仁宇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用的機(jī)油泵主要是轉(zhuǎn)子機(jī)油泵，該機(jī)油泵結(jié)構(gòu)緊湊、供油量大，但是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，往往會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。文章對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)油泵產(chǎn)生的階次噪聲的原因進(jìn)行分析，并通過Benchmark，對(duì)標(biāo)競品機(jī)油泵，找出噪聲產(chǎn)生的主因，然后針對(duì)主因提出優(yōu)化方案，最后對(duì)優(yōu)化樣件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

機(jī)油泵；轉(zhuǎn)子；階次噪聲；優(yōu)化

前言

目前，汽車在家庭消費(fèi)中越來越普及，消費(fèi)者不僅僅滿足于汽車簡單的代步功能，而是對(duì)汽車的品質(zhì)感有更高的訴求。NVH性能是汽車在噪聲和振動(dòng)方面的綜合表現(xiàn)，也是給用戶最直接、最表面的感受，消費(fèi)者不光需要一輛動(dòng)力強(qiáng)勁、經(jīng)濟(jì)省油的汽車，更希望它是一輛安靜舒適的汽車。因此，開發(fā)高性能低噪聲的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成了各主機(jī)廠追求的目標(biāo)。

發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎所有的零部件都會(huì)產(chǎn)生噪聲震動(dòng)，而每種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理都不同，因此相應(yīng)的降噪措施也不同。本文研究的是某發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)油泵產(chǎn)生的階次噪聲，對(duì)其噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，最終進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 階次噪聲

1.1 階次的定義

階次是結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)部件因旋轉(zhuǎn)造成的振動(dòng)或/和噪聲的響應(yīng)，其與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)頻之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，確切的來說是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)。

結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲響應(yīng)通常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的倍數(shù)或者分?jǐn)?shù)處，也就是階次處。

階次關(guān)系由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所確定，參考不同，階次關(guān)系也不同。

1.2 階次分析的重要性

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)大多數(shù)情況下都與特定的階次有關(guān)，在特定的階次上會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的響應(yīng)，比如曲軸、活塞、機(jī)油泵、發(fā)電機(jī)等零件，其階次的響應(yīng)是不同的。

通過階次分析，可以確定每一個(gè)獨(dú)立零部件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲的貢獻(xiàn)，還可以幫助確定振動(dòng)噪聲的來源，以方便我們進(jìn)行減震、降噪工作。

階次噪聲的階次為階次基頻及其倍數(shù)，可以用colormap圖和階次切片圖來表示階次噪聲情況，通過colormap圖可快速找到產(chǎn)生噪聲的階次，而階次切片圖可用來表示多個(gè)階次之間的大小比較。

1.3 階次如何計(jì)算

階次數(shù)是相對(duì)于第1階次的每轉(zhuǎn)事件的比率（即每轉(zhuǎn)發(fā)生的事件數(shù)），其計(jì)算方法為：

齒輪的階次數(shù)=旋轉(zhuǎn)軸的速比*齒數(shù)，嚙合齒輪對(duì)的階次是相同的。

在計(jì)算階次時(shí)，將某一實(shí)際測量的轉(zhuǎn)速作為第一階次，其它旋轉(zhuǎn)部件的階次通過傳動(dòng)比確定階次數(shù)。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說一般是相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)速。

比如：

（1）水泵皮帶輪與曲軸轉(zhuǎn)速的速比為1.4，那么水泵皮帶輪的階次數(shù)為1.4；

（2）機(jī)油泵傳動(dòng)軸與曲軸轉(zhuǎn)速的速比為0.8，齒輪齒數(shù)為7，那么機(jī)油泵齒輪的階次數(shù)為0.8*7=5.6。

2 原因分析

2.1 現(xiàn)狀分析

NVH項(xiàng)目組反饋某發(fā)動(dòng)機(jī)存在異響，經(jīng)半消聲室測得噪聲map圖和現(xiàn)場實(shí)車主觀評(píng)價(jià)，確認(rèn)存在嘯叫問題。通過對(duì)油底殼和進(jìn)氣側(cè)的聲音監(jiān)測，發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況均存在嘯叫問題，其中加速工況最為明顯。

從map圖中（如圖1所示）可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)存在明顯的5.4階次基頻及其倍數(shù)的噪聲，且油底殼處反饋的噪聲最大?？紤]油底殼內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)的階次噪聲為機(jī)油泵與鏈條之間、機(jī)油泵轉(zhuǎn)子之間。

圖1 1m聲壓級(jí)噪聲頻譜

由于該發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵為轉(zhuǎn)子機(jī)油泵，其由鏈條通過曲軸進(jìn)行傳動(dòng)，機(jī)油泵的傳動(dòng)比為29/32,內(nèi)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為6，內(nèi)轉(zhuǎn)子的基頻階次為(29/32)*6=5.4階，由此可以判斷機(jī)油泵階次噪聲是由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)造成的。

2.2 噪聲原因分析

為了找出階次噪聲產(chǎn)生的原因，利用Benchmark，我們對(duì)比轉(zhuǎn)子類型相似的大眾EA211機(jī)油泵和現(xiàn)代機(jī)油泵。通過噪聲主觀評(píng)價(jià)，兩款競品機(jī)油泵均優(yōu)于本機(jī)油泵（后文將本機(jī)油泵稱為問題機(jī)油泵）。為鎖定階次噪聲的末端因子，對(duì)三款機(jī)油泵進(jìn)行拆解。

針對(duì)機(jī)油泵傳動(dòng)零件進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，以上兩款競品機(jī)油泵在轉(zhuǎn)子側(cè)隙、外轉(zhuǎn)子與泵腔、泵蓋的間隙、傳動(dòng)軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子的間隙等尺寸相對(duì)問題機(jī)油泵的更小，且三款機(jī)油泵轉(zhuǎn)子型線也有不同。

圖2 轉(zhuǎn)子型線對(duì)比圖

圖2所示的是問題機(jī)油泵轉(zhuǎn)子和競品機(jī)油泵轉(zhuǎn)子的型線對(duì)比。從以上兩種機(jī)油泵轉(zhuǎn)子型線可以看出，問題機(jī)油泵的轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，轉(zhuǎn)子只有三個(gè)齒接觸，其中兩個(gè)齒負(fù)責(zé)傳動(dòng)，一個(gè)齒負(fù)責(zé)密封，且齒間接觸為尖角接觸，這種轉(zhuǎn)子傳動(dòng)效率高，轉(zhuǎn)子的磨損較低、壽命較高；但由于其轉(zhuǎn)子間嚙合不連續(xù)，嚙合聲音易斷點(diǎn)，且其為尖角接觸，轉(zhuǎn)子間撞擊聲較大。競品轉(zhuǎn)子泵的內(nèi)外轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，各齒時(shí)刻保持接觸，嚙合時(shí)的齒間撞擊噪聲更為連續(xù)，不斷點(diǎn)；且轉(zhuǎn)子齒頂形狀并沒有為了減少接觸而特別設(shè)置的尖角形狀，而是圓弧形狀，齒間撞擊所產(chǎn)生的噪聲也比問題機(jī)油泵的轉(zhuǎn)子要小。表1為兩種機(jī)油泵的對(duì)比數(shù)據(jù)。

表1 機(jī)油泵對(duì)比數(shù)據(jù)

3 方案制定及驗(yàn)證

3.1 方案制定

通過前文的分析，可以看出影響機(jī)油泵階次噪聲的主要原因有以下兩點(diǎn)：

（1）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)工作時(shí)的穩(wěn)定性，反饋到機(jī)油泵旋轉(zhuǎn)件上即傳動(dòng)軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、泵腔間的配合間隙和精度；

（2）轉(zhuǎn)子的型線，即轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)的齒型和嚙合的齒數(shù)。

針對(duì)以上兩點(diǎn)，對(duì)機(jī)油泵制定了兩種優(yōu)化方案：

方案1：優(yōu)化旋轉(zhuǎn)件之間的間隙，見表2。

表2 間隙優(yōu)化數(shù)據(jù)

方案2：在方案1的基礎(chǔ)上，將機(jī)油泵轉(zhuǎn)子型線更改為低噪音的新型線。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

優(yōu)化樣件到件后首先進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架NVH測試，測試工況為階次噪聲最明顯的加速工況。從測試結(jié)果來看（如圖3所示），優(yōu)化方案1機(jī)油泵階次噪聲相比原狀態(tài)下降了5-20dB（A），優(yōu)化方案2在優(yōu)化方案1的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步降低5-10dB（A），方案2效果較方案1好。

圖3 1m噪聲頻譜對(duì)比圖

針對(duì)方案2進(jìn)行整車NVH試驗(yàn)確認(rèn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看（如圖4、5所示），油底殼振動(dòng)及近場噪聲5.4整數(shù)倍階次峰值顯著降低，且主觀感受加速工況機(jī)油泵嘯叫聲明顯改善。

圖4 油底殼震動(dòng)

圖5 油底殼近場5.4階次噪聲

根據(jù)NVH臺(tái)架試驗(yàn)和整車消音室的試驗(yàn)結(jié)果，最終選定方案2作為最終方案。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)子機(jī)油泵是目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最常用的機(jī)油泵結(jié)構(gòu)形式，但是其產(chǎn)生的階次噪聲也是困擾機(jī)油泵設(shè)計(jì)人員的難題。從本文的研究來看，旋轉(zhuǎn)件之間的間隙以及轉(zhuǎn)子型線都是影響階次噪聲的主要因素，需要在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)把握。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社. 2002,6.

[2] 劉杰等.轉(zhuǎn)子機(jī)油泵階次噪聲的優(yōu)化分析[J]內(nèi)燃機(jī)與配件,2016（11）.

Optimization of Order Noise of Rotor Oil Pumps

Zhu Dongsheng, Xu Tao, Lu Rongrong, Ruan Renyu

( Anhui Jianghuai Automobile Co,. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

the oil pumps used in modern automobile engines is mainly rotary pumps. This kind of oil pump has a compact structure and large oil supply, but its structural design is unreasonable and often produces great noise. This article analyzes the causes of the order noise generated by a certain type of engine’s rotor oil pump, and by benchmark, finds the main cause of the noise produced by the benchmark oil pump, then proposes an optimization plan for the main cause, and finally carries out the optimization of the sample and then tests.

oil pump; rotor; order noise; optimization

U467.4+93

A

1671-7988(2018)24-145-03

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1671-7988(2018)24-145-03

朱東升，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.052