某轉(zhuǎn)子機油泵階次噪聲優(yōu)化

朱東升，許濤，陸榮榮，阮仁宇

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某轉(zhuǎn)子機油泵階次噪聲優(yōu)化

朱東升，許濤，陸榮榮，阮仁宇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

現(xiàn)代汽車發(fā)動機使用的機油泵主要是轉(zhuǎn)子機油泵，該機油泵結(jié)構(gòu)緊湊、供油量大，但是其結(jié)構(gòu)設計不合理，往往會產(chǎn)生較大的噪聲。文章對某型發(fā)動機的轉(zhuǎn)子機油泵產(chǎn)生的階次噪聲的原因進行分析，并通過Benchmark，對標競品機油泵，找出噪聲產(chǎn)生的主因，然后針對主因提出優(yōu)化方案，最后對優(yōu)化樣件進行試驗驗證。

機油泵；轉(zhuǎn)子；階次噪聲；優(yōu)化

前言

目前，汽車在家庭消費中越來越普及，消費者不僅僅滿足于汽車簡單的代步功能，而是對汽車的品質(zhì)感有更高的訴求。NVH性能是汽車在噪聲和振動方面的綜合表現(xiàn)，也是給用戶最直接、最表面的感受，消費者不光需要一輛動力強勁、經(jīng)濟省油的汽車，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)動機已經(jīng)成了各主機廠追求的目標。

發(fā)動機幾乎所有的零部件都會產(chǎn)生噪聲震動，而每種噪聲產(chǎn)生的機理都不同，因此相應的降噪措施也不同。本文研究的是某發(fā)動機的轉(zhuǎn)子機油泵產(chǎn)生的階次噪聲，對其噪聲產(chǎn)生的原因進行分析，并進行相應優(yōu)化，最終進行試驗驗證。

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)造成的振動或/和噪聲的響應，其與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)頻之間有對應關系，確切的來說是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)頻的倍數(shù)。

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

階次關系由結(jié)構(gòu)特點所確定，參考不同，階次關系也不同。

1.2 階次分析的重要性

運動系統(tǒng)產(chǎn)生的響應大多數(shù)情況下都與特定的階次有關，在特定的階次上會出現(xiàn)相應的響應，比如曲軸、活塞、機油泵、發(fā)電機等零件，其階次的響應是不同的。

通過階次分析，可以確定每一個獨立零部件對整個系統(tǒng)的振動噪聲的貢獻，還可以幫助確定振動噪聲的來源，以方便我們進行減震、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階次之間的大小比較。

1.3 階次如何計算

階次數(shù)是相對于第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)，嚙合齒輪對的階次是相同的。

在計算階次時，將某一實際測量的轉(zhuǎn)速作為第一階次，其它旋轉(zhuǎn)部件的階次通過傳動比確定階次數(shù)。對于發(fā)動機來說一般是相對于曲軸轉(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）機油泵傳動軸與曲軸轉(zhuǎn)速的速比為0.8，齒輪齒數(shù)為7，那么機油泵齒輪的階次數(shù)為0.8*7=5.6。

2 原因分析

2.1 現(xiàn)狀分析

NVH項目組反饋某發(fā)動機存在異響，經(jīng)半消聲室測得噪聲map圖和現(xiàn)場實車主觀評價，確認存在嘯叫問題。通過對油底殼和進氣側(cè)的聲音監(jiān)測，發(fā)動機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)動機存在明顯的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。考慮油底殼內(nèi)可能會出現(xiàn)的階次噪聲為機油泵與鏈條之間、機油泵轉(zhuǎn)子之間。

圖1 1m聲壓級噪聲頻譜

由于該發(fā)動機機油泵為轉(zhuǎn)子機油泵，其由鏈條通過曲軸進行傳動，機油泵的傳動比為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，我們對比轉(zhuǎn)子類型相似的大眾EA211機油泵和現(xiàn)代機油泵。通過噪聲主觀評價，兩款競品機油泵均優(yōu)于本機油泵（后文將本機油泵稱為問題機油泵）。為鎖定階次噪聲的末端因子，對三款機油泵進行拆解。

針對機油泵傳動零件進行對比，通過對比發(fā)現(xiàn)，以上兩款競品機油泵在轉(zhuǎn)子側(cè)隙、外轉(zhuǎn)子與泵腔、泵蓋的間隙、傳動軸與內(nèi)轉(zhuǎn)子的間隙等尺寸相對問題機油泵的更小，且三款機油泵轉(zhuǎn)子型線也有不同。

圖2 轉(zhuǎn)子型線對比圖

圖2所示的是問題機油泵轉(zhuǎn)子和競品機油泵轉(zhuǎn)子的型線對比。從以上兩種機油泵轉(zhuǎn)子型線可以看出，問題機油泵的轉(zhuǎn)子嚙合時，轉(zhuǎn)子只有三個齒接觸，其中兩個齒負責傳動，一個齒負責密封，且齒間接觸為尖角接觸，這種轉(zhuǎn)子傳動效率高，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，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，各齒時刻保持接觸，嚙合時的齒間撞擊噪聲更為連續(xù)，不斷點；且轉(zhuǎn)子齒頂形狀并沒有為了減少接觸而特別設置的尖角形狀，而是圓弧形狀，齒間撞擊所產(chǎn)生的噪聲也比問題機油泵的轉(zhuǎn)子要小。表1為兩種機油泵的對比數(shù)據(jù)。

表1 機油泵對比數(shù)據(jù)

3 方案制定及驗證

3.1 方案制定

通過前文的分析，可以看出影響機油泵階次噪聲的主要原因有以下兩點：

（1）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)工作時的穩(wěn)定性，反饋到機油泵旋轉(zhuǎn)件上即傳動軸、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)子嚙合時的齒型和嚙合的齒數(shù)。

針對以上兩點，對機油泵制定了兩種優(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的基礎上，將機油泵轉(zhuǎn)子型線更改為低噪音的新型線。

3.2 試驗驗證

優(yōu)化樣件到件后首先進行發(fā)動機臺架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的基礎上可進一步降低5-10dB（A），方案2效果較方案1好。

圖3 1m噪聲頻譜對比圖

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

圖4 油底殼震動

圖5 油底殼近場5.4階次噪聲

根據(jù)NVH臺架試驗和整車消音室的試驗結(jié)果，最終選定方案2作為最終方案。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)子機油泵是目前汽車發(fā)動機最常用的機油泵結(jié)構(gòu)形式，但是其產(chǎn)生的階次噪聲也是困擾機油泵設計人員的難題。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，需要在設計過程中重點把握。

[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)子機油泵階次噪聲的優(yōu)化分析[J]內(nèi)燃機與配件,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

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1671-7988(2018)24-145-03

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朱東升，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

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