陳云　李晨鑫

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼噪聲大約占總噪聲的20%左右，同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)最大的表面噪聲來(lái)源，因此，降低油底殼噪聲對(duì)降低發(fā)動(dòng)整體噪聲有非常重要的作用?；诖?，本文以YL112材料制作的發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼為例，立足CAE模態(tài)分析，提出了一種降低發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼噪聲的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，并驗(yàn)證了此種設(shè)計(jì)思路的可行性。希望對(duì)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)的發(fā)展有一定參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);底殼;低噪聲;CAE

隨著我國(guó)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，CAE技術(shù)被廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼開(kāi)發(fā)中，尤其是在零部件設(shè)計(jì)階段，通過(guò)CAE技術(shù)可以對(duì)零部件的噪聲、振動(dòng)等特性進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，從而在保證設(shè)計(jì)效果的基礎(chǔ)上，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期，提升整體運(yùn)行效果?；诖?，開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究就顯得尤為重要。

1 基于CAE的發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼模態(tài)分析

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼進(jìn)行CAE模態(tài)分析過(guò)程中，網(wǎng)格數(shù)量比較大，計(jì)算工作量比較大，且對(duì)設(shè)計(jì)精度很高的要求。底殼在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，主要承受著動(dòng)態(tài)荷載，靜態(tài)荷載應(yīng)力只占一小部分。因此，進(jìn)一步細(xì)化分析，從而得到更加具有規(guī)則性的模型?；诖?，本文以YL112發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼為例，通過(guò)10節(jié)點(diǎn)四面體單元將發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼CAE模型細(xì)致分為79009個(gè)單元。YL112發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的密度為2.77e-9t/mm3，楊氏模量為68000MPa，泊松比為0.31[1]。

發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼是一種具有連續(xù)質(zhì)量結(jié)構(gòu)，因此，通過(guò)CAE技術(shù)可以離散的分為有限個(gè)組成模型，可得到如下CAE模型的振動(dòng)微分方程：

此公式中M表示CAE模型的總體質(zhì)量矩陣，K表示CAE模型中的總體剛度矩陣，x表示節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位移向量，C表示阻尼矩陣，F(xiàn)（t）表示激振力向量。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼CAE模態(tài)分析中，為便于計(jì)算，通常只進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析，因此，阻尼對(duì)頻率的造成的影響可忽略不計(jì)，也就是在CAE模態(tài)分析中，設(shè)激振向量F（t）=0，因此，公式（1）可簡(jiǎn)化為公式（2）：

通過(guò)專業(yè)的CAE分析軟件，可對(duì)公式（2）求解得到約束模態(tài)，就可以計(jì)算出前10階模態(tài)頻率及振型。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

眾所周知，聲音是由振動(dòng)形成，發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼在運(yùn)行中，振動(dòng)是形成噪聲的主要原因，要想降低噪聲就必須先減少振動(dòng)，通過(guò)公式（2）可知，要想降低發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的噪聲，就必須合理提升發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼結(jié)構(gòu)的剛度和固有頻率。因?yàn)?，剛度越大，保持激?lì)力不變，則發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼在運(yùn)行中形成的振幅就越小。隨著頻率的提升，就可以有效避開(kāi)低頻振動(dòng)段，從而達(dá)到降噪的目的。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼運(yùn)行中主要承受的是動(dòng)態(tài)荷載，靜態(tài)應(yīng)力非常小，因此，在降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，綜合考慮多方面因素，并通過(guò)多次CAE計(jì)算分析，提出降噪設(shè)計(jì)思路：提升發(fā)動(dòng)機(jī)油底側(cè)面加強(qiáng)筋的剛度，過(guò)去發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼多為平板結(jié)構(gòu)，剛度也比較低，通過(guò)合理設(shè)置加強(qiáng)筋，可有效提升剛度。同時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼地面滾壓筋方向及位置，在承受荷載比較小的位置，降低部件重量，并合理調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的約束點(diǎn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，重新進(jìn)行CAE模態(tài)分析，得到設(shè)計(jì)前后模態(tài)對(duì)比分析圖，如下圖所示：

從上圖中可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼在頻率上得到了有效提升，尤其是前3階段的提升效果最為明顯，表明此種設(shè)計(jì)方法，對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼運(yùn)行噪聲起到了良好作用[2]。

3 設(shè)計(jì)思路的可行性分析

為進(jìn)一步嚴(yán)重此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路的可行性，對(duì)重新設(shè)計(jì)后發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼進(jìn)行振動(dòng)及噪聲測(cè)試，主要測(cè)試內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：

第一，在怠速工況下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼進(jìn)行1m聲壓級(jí)噪聲測(cè)試。

第二，在1000r/min～4000r/min全負(fù)荷狀態(tài)下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行1m聲壓級(jí)噪聲測(cè)試。

第三，由于發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼在運(yùn)行中，距離地面比較近，適合開(kāi)展噪聲進(jìn)場(chǎng)分析，但為更好的驗(yàn)證降噪效果，需要進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，通過(guò)振動(dòng)頻譜來(lái)分析具體的優(yōu)化效果。

驗(yàn)證結(jié)果表明：發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼在怠速工況下，重新設(shè)計(jì)后，每個(gè)面的噪聲都得到不同程度的降低，其中正面和排氣側(cè)降噪幅度最大，分別降低了1.6dB（A）和1.1dB（A）[3]。從1m聲壓級(jí)角度來(lái)看，噪聲降低了1.1dB（A），有效降低了發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼對(duì)整機(jī)的噪聲得到有效改造。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析結(jié)構(gòu)表明，通過(guò)提升發(fā)動(dòng)機(jī)油底側(cè)面加強(qiáng)筋的剛度，合理設(shè)置加強(qiáng)筋，可有效提升剛度。同時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼地面滾壓筋方向及位置，在承受荷載比較小的位置，降低部件重量，降噪效果明顯，值得大力推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]史曉艷.簡(jiǎn)述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼自動(dòng)化打壓檢測(cè)系統(tǒng)工作原理[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018（20）：49.

[2]倪偉，龐淑娟.硅膠密封鑄鋁油底殼T型區(qū)滲油分析及解決方案[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（5）：70-73.

[3]李歡，胡昌良.基于拓?fù)鋬?yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼設(shè)計(jì)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（12）：25-27.

作者簡(jiǎn)介：陳云（1987-），男，漢族，福建南平人，碩士，綜合創(chuàng)新教研室主任，實(shí)驗(yàn)師，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼研究。