試論汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)動(dòng)力減振器的研究與應(yīng)用

摘 要 本文從動(dòng)力減振器的類別入手，對(duì)有阻尼動(dòng)力減振器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用效果進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，有阻尼動(dòng)力減振器能夠有效降低振動(dòng)效果，并將有阻尼動(dòng)力減振器應(yīng)用于某輕型汽車中，應(yīng)用效果顯示有阻尼動(dòng)力減振器可以有效避免排氣系統(tǒng)出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，有助于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)使用壽命的延長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 汽車發(fā)動(dòng)機(jī);排氣系統(tǒng);動(dòng)力減振器

1動(dòng)力減振器分析

1.1 無(wú)阻尼動(dòng)力減振器

從本質(zhì)角度而言，無(wú)阻尼動(dòng)力減振器能夠看作是單質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，屬于2自由度系統(tǒng)。如果激振頻率和兩個(gè)固有系統(tǒng)中的某一個(gè)頻率相同時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)共振;如果激振頻率具有較大的變化空間，動(dòng)力減振器可以將原本的一個(gè)共振頻率系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)共振頻率系統(tǒng)，并不能發(fā)揮出自身的減振作用。因此，無(wú)阻尼動(dòng)力減振器主要應(yīng)用于激振頻率固定不變或者變化相對(duì)較小的設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，動(dòng)力減振器的彈簧力會(huì)與主質(zhì)量中的作用力平衡，從而將主系統(tǒng)中的振動(dòng)傳遞到動(dòng)力減振器中，避免主系統(tǒng)出現(xiàn)較大的振動(dòng)，保障主系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在無(wú)阻尼動(dòng)力減振器應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員需要確保兩個(gè)自由度系統(tǒng)間的固有頻率差值最大。

1.2 有阻尼動(dòng)力減振器

如果激振頻率具有較大的變化空間，技術(shù)人員需要通過(guò)有阻尼動(dòng)力減振器的應(yīng)用，消除主系統(tǒng)中的振動(dòng)。有阻尼動(dòng)力減振器可以將主系統(tǒng)中較大頻率范圍的振動(dòng)降低，具體的有阻尼動(dòng)力減振器如圖1所示：

在上圖中，主系統(tǒng)包括物體E和彈簧H這兩部分;有阻尼動(dòng)力減振器包括物體F、彈簧I以及黏性阻尼器G組成。其中，物體E的質(zhì)量為ME;物體F的質(zhì)量為MF;主系統(tǒng)和動(dòng)力減振器的質(zhì)量比μ=MF/ME;頻率比α=主系統(tǒng)的固有頻率/有阻尼動(dòng)力減振器的固有頻率;阻尼比為C/（2×MF×），是指有阻尼動(dòng)力減振器的固有頻率。在阻尼比是0時(shí)，動(dòng)力減振器系統(tǒng)為無(wú)阻尼動(dòng)力減振器;在阻尼比為時(shí)，系統(tǒng)屬于單自由度系統(tǒng)。因此，技術(shù)人員需要將阻尼比控制在0-之間，確保系統(tǒng)為有阻尼動(dòng)力減振器，保障其減振效果的發(fā)揮[1]。

2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)動(dòng)力減振器的研究

2.1 明確動(dòng)力減振器的相關(guān)參數(shù)

在進(jìn)行汽車發(fā)送機(jī)排氣系統(tǒng)動(dòng)力減振器的設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)件的模態(tài)特性的確定，技術(shù)人員可以利用模態(tài)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)計(jì)算得出動(dòng)力減振器中減振件的阻尼比以及主要階次頻率值。在計(jì)算過(guò)程中，技術(shù)人員需要將結(jié)構(gòu)件等效成單自由度系統(tǒng)，從而進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的計(jì)算，具體的計(jì)算公式為：

其中，mk主要是指模態(tài)質(zhì)量;Vik主要是指模態(tài)的位移;Vi主要是指歸一化的模態(tài)位移系數(shù);主要是指存在阻尼情況下的模態(tài)頻率。通過(guò)對(duì)上述公式的分析可知，結(jié)構(gòu)件的等效質(zhì)量會(huì)受到動(dòng)力減振器安裝位置的影響，技術(shù)人員選擇不同的安裝位置，會(huì)使Vik和Vi的數(shù)值有所不同，從而對(duì)結(jié)構(gòu)件的等效質(zhì)量產(chǎn)生影響。一般來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員會(huì)將動(dòng)力減振器安裝于結(jié)構(gòu)件的反節(jié)點(diǎn)區(qū)域，和反節(jié)點(diǎn)區(qū)域的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，就表明系統(tǒng)的等效質(zhì)量較高。

2.2 排氣系統(tǒng)的試驗(yàn)分析

在明確動(dòng)力減振器的等效質(zhì)量計(jì)算公式后，本文對(duì)安裝有動(dòng)力減振器的排氣系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，分析動(dòng)力減振器的適用范圍和應(yīng)用效果。本次試驗(yàn)的分析頻率在0～200hZ之間，采用LMS-Test_Lab中的PolyMAX方法對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別及計(jì)算。

（1）試驗(yàn)用排氣系統(tǒng)

本文試驗(yàn)采用的排氣系統(tǒng)是轎車應(yīng)用的V型6缸發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，具有兩個(gè)入口和一個(gè)出口。和排氣系統(tǒng)連接的發(fā)動(dòng)機(jī)在轎車中按照縱向的方向布置，在這種布置方式喜愛(ài)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行于排氣系統(tǒng)，使得排氣系統(tǒng)很容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象，基本不會(huì)出現(xiàn)彎曲振動(dòng)現(xiàn)象[2]。

（2）動(dòng)力減振器的固有頻率計(jì)算

從本質(zhì)角度而言，動(dòng)力減振器屬于彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)。所以在進(jìn)行動(dòng)力減振器的測(cè)量時(shí)，需要對(duì)其固有頻率進(jìn)行測(cè)量。常用的測(cè)量方法是將安裝有動(dòng)力減振器的排氣管夾住，然后將加速度傳感器安裝于動(dòng)力減振器上，通過(guò)錘擊的方式獲取動(dòng)力減振器的數(shù)值。在測(cè)量過(guò)程中，本文應(yīng)用的動(dòng)力減振器固有頻率分別是26.2Hz和77.9Hz;頻段為0.93和1.16;排氣系統(tǒng)和動(dòng)力減振器之間的質(zhì)量比μ為0.043。

（3）試驗(yàn)結(jié)果分析

觀察試驗(yàn)結(jié)果可知，動(dòng)力減振器的作用適用范圍在20～100Hz之間，在20～30Hz和50～80Hz之間的減振效果最為顯著。在62～70Hz的頻率范圍內(nèi)，試驗(yàn)組的排氣系統(tǒng)頻率是65.1Hz，這時(shí)排氣系統(tǒng)的振型是垂直2階彎曲，有消聲器中的兩個(gè)吊掛點(diǎn)位于振型節(jié)點(diǎn)的周圍;對(duì)照組的排氣系統(tǒng)頻率是67.1Hz，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是1342r/min，車內(nèi)空腔低頻共鳴頻率在40-80Hz范圍內(nèi)。由此可以看出，動(dòng)力減振器的應(yīng)用，可以有效避免排氣系統(tǒng)的低頻振動(dòng)噪聲傳遞到車內(nèi)，防止空腔低頻共鳴的出現(xiàn)，有助于車內(nèi)駕駛舒適性的提升。

3汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)動(dòng)力減振器的應(yīng)用

技術(shù)人員分別在排氣系統(tǒng)中應(yīng)用了添加沙子的動(dòng)力減振器以及沒(méi)有添加沙子的動(dòng)力減振器。測(cè)量沒(méi)有安裝動(dòng)力減振器、添加沙子動(dòng)力減振器及動(dòng)力減振器的減振效果。觀察計(jì)算結(jié)果可知，添加沙子的動(dòng)力減振器具備更為顯著的減振效果，能夠有效避免輕型汽車出現(xiàn)排氣系統(tǒng)斷裂故障。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，有阻尼動(dòng)力減振器可以有效降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣系統(tǒng)的振動(dòng)效果，保障汽車的安全運(yùn)行。通過(guò)本文的分析可知，技術(shù)人員可以將沙子作為阻尼材料，應(yīng)用于動(dòng)力減振器中，并將其安裝于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中，從而提升動(dòng)力減振器的減少振動(dòng)噪音的作用，避免排氣系統(tǒng)出現(xiàn)斷裂。希望本文的分析可以為相關(guān)研究提供理論參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃思良.某車型排氣系統(tǒng)非線性振動(dòng)與聲學(xué)性能優(yōu)化[D].廣州：華南理工大學(xué)，2018.

[2] 袁守利，喻盼，劉志恩，等.基于遺傳模擬退火算法的排氣系統(tǒng)振動(dòng)分析及優(yōu)化[J].數(shù)字制造科學(xué)，2017，15（03）：71-77.

作者簡(jiǎn)介

張濤（1984-），男，河南省正陽(yáng)縣人;學(xué)歷：大學(xué)本科，講師，現(xiàn)就職單位：駐馬店技師學(xué)院，研究方向：汽車維修。