汽车排气消声器设计分析本科毕业论文.docx
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1、汽车排气消声器设计分析本科毕业论文 汽车排气消声器设计分析 摘要 近年来,随着中国噪声法规的日益严格,对于整车排气噪声控制的要求也越来越高了,但是传统的消声器设计方法主要是基于设计经验,这必然会加大设计的工作量,增加研发成本、延长了开发周期。 控制排气噪声最有效的途径就是设计高消声性能、低阻力损失的排气消声器。它已成为目前排气噪声控制的重要研究课题。本文首先通过使用GT-POWER软件中的muffler模块建立排气消声器的三维仿真模型从而得到它的传递损失,再通过GT-POWER软件建立某发动机工作过程与消声器的耦合仿真模型得到消声器的插入损失,并通过对消声器结构及消声性能的分析,对消声器的设计
2、进行改进,使其较好的满足该消声器的性能要求。 在对消声器消声性能设计时,应该尽量避免消声器的某些通过频率和消声器振型比较剧烈的模态频率发生共振,这样既有利于提高催化剂和消声器的可靠性和耐久性,也可以指导消声器的设计、分析。总之,本文通过对消声器基本的设计思路和方法的探索,为更加合理、有效地设计和研发排气消声器提供了参考。关键词:消声器模拟仿真传递损失插入损失结构优化 Abstract The most effective measure to control exhaust noise is using muffler is exhaust system.Designing a muffler
3、 with high anechoic performance and low resistance loss has become an important subject on exhaust noise.the article takes advantage of the muffler model that established by GT-POWER software to work out the transmission loss and takes advantage of the coupling simulation model of an engines working
4、 process and muffler to work out the Insertion loss Based on the analysis of the structure and performance of the muffler the designe is improved.The improved design preferably meets the exhaust performance requirement. When we design the which has some ranges of frequency that can go through the mu
5、ffler ,we should avoid the penetrated frequency in response to the model frequency,So this result can give more advice to the muffler design.from the whole,this article does some research about the design of the exhaust muffler,which gives some ideas of the design. Key words: muffler simulation tran
6、smission loss insertion loss structural optimization 引言 随着科学技术的发展和人们生活水品的提高,汽车的产量和保有量也在突飞猛进的增长,由此带来的环境污染也已成为影响人们生活的一大公害,尤其是人口密集型城市,汽车的噪声污染会弥漫于城市的每个角落,打破了城市的安宁与祥和,也影响到居民的身心健康。噪声的高低也成为衡量汽车性能与质量的重要标准,直接影响到汽车在国内外市场的竞争力。 针对这些问题,国家也制定和出台了更为严格的控制汽车噪声的法规和条例,并且逐年提高整车噪声的限值。根据GB.1495-2022汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法第二阶段(
7、即2022年1月1日以后)生产的汽车噪声的限值为74dB,而如果由汽车引起的噪声不加以控制,其噪声值往往会高于80dB1。此外,随着汽车行业日益激烈的竞争,低噪声已成为汽车乘坐舒适性的重要性能指标,越来越受到消费者的重视。 汽车的主要噪声源就是来自汽车的排气噪声而降低汽车排气噪声最简单、有效的方法就是设计高消声性能、低阻力损失的消声器。目前,国外发达国家开发和研究消声器的方法是:在发动机实际工作情况下,建立排气系统的流动和声学数学模型,通过数值模拟仿真计算技术和台架试验相结合的验证方法来设计的。而国内消声器设计起步相对较晚,设计方法较为落后主要是基于设计经验,没有完整的设计理论,设计周期长,无
8、法满足快速发展的汽车行业。此时GT-power 软件应运而生,由于采用GT-power软件仿真模拟与台架试验相结合的方法可以减轻工作者的设计工作量,缩短设计周期、节约了研发成本,因此在消声器的设计和研发过程中得到了广泛的应用2。 第一章:绪论 1.1汽车噪声的危害和控制 1.1.1 噪声的种类 汽车噪声产生的主要因素是由空气动力、机械传动、电磁三部分引起的。从结构上可分为发动机噪声(即燃烧噪声),底盘噪声(即传动系噪声、各部件的连接配合引起的噪声),电器设备噪声(冷却风扇噪声、汽车发电机噪声),车身噪声(如车身结构、造型及附件的安装不合理引起的噪声)。其中发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包
9、括进、排气噪声和发动机本身的噪声(如发动机的振动,配气轴的转动,进、排气门的开启和关闭等引起的噪声)。因此汽车发动机噪声控制的关键是减振和降噪。此外,汽车轮胎在高速行驶时,也会引起较大的噪声。这是由于轮胎在地面滚动时,位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声,以及轮胎花纹与路面的撞击声。 1.1.2 噪声要求 汽车噪声如果得不到很好的控制,往往会高于80dB3,降低汽车本身的噪声,不仅可以减少环境污染,还能够降低噪声对人体的伤害。此外,随着汽车行业竞争的日益激烈,低噪声已经成为乘坐舒适性中的重要性能指标,因此在汽车性能 的评价中,除了动力性,燃油经济性和排放之外,噪声也已成为另
10、一个重要的性能指标。汽车的排气噪声及其控制已引起人们的广泛关注国外工业发达国家自60年代起就对机动车辆噪声给予足够的重视,制定了许多控制的法规和标准,如联 合国欧洲经济委员会(ECE),欧盟(EU)、日本、美国等主要国家和地区自70年代起每3一5年就修订一次相关的法规或标准,各种车辆噪声的限值有了大幅度的降低,英国早在1960年就制订了防止噪声法,而美国的纽约,芝加哥、洛杉矶等城市也相继制订出台了噪声防治条例,欧盟从1970年起对噪声限值由原来82dB 降到1995年的74dB,噪声降低了8dB。我国的汽车行业起步较晚,因此我国直到1979年才颁布了机动车辆噪声限值和试验方法的国家标准GB14
11、95一79和 GB1496一79,随着时间的推移,标准中的噪声限值越来越严格。在我国加入WTO 以后,为了适应国内外激烈的市场竞争环境,增强我国汽车行业的市场竞争力,我国于2022年10月1日提出了更严格的汽车加速行驶车外噪声限值GB1495一20221,如表1.1所示 1.1.3 噪声的评价指标 车内、外的噪声值和振动适应性是评价汽车噪声的主要指标。评价方法分为主观和客观评价。汽车的舒适性、响度和确定性是影响汽车噪声主观评价的主要因素。在客观评价时,可以采用PCNM噪声测量装置测量试验进行分析;此外模拟技术中的有限元法和边界元法也被广泛应用。 1.1.4噪声的危害 噪声对人体健康的影响主要体
12、现在听觉、生理健康和心理健康三个方面第一,对听觉系统的伤害首先是容易引起听觉疲劳,人们在较强的噪声环境中工作或停留,听力会有明显的下降,如果长时间在强噪声环境中工作而又不采取保护措施,久而久之就会发生听觉迟钝,甚至导致噪声性耳聋。如果突然暴露在高达140dB以上的噪声环境中,人的听觉系统可能发生急性外伤,引起耳鼓膜破裂出血而使双耳完全失听。第二,噪声对生理健康的危害包括对神经系统的危害因为噪声会引起神经衰弱综合症,对心血管系统的影响因为噪声可引起心跳加快、心律不齐、心电图T波升高、血压变化等症状。对消化系统的影响因为噪声也会引起胃功能紊乱、食欲不振、消瘦等病症。第三,噪声对人的心理健康也会产生
13、影响使人烦躁不安、产生疲劳感,影响精力集中和工作效率4。 1.1.5 噪声的控制 根据噪声产生和传播的机理,可以把控制噪声的方法分为以下三类:一是对噪声源的控制,二是对噪声传播途径的控制,三是对噪声接收者的保护65 。其中对噪声源的控制是最根本、最直接的措施,包括降低噪声的激振力及降低发动机部位对激振力的响应等,即改造振源和声源。如果对噪声源的控制较难进行时,就需要在噪声的传播途径中采取吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施来达到降噪的效果。汽车的减振降噪水平与整车的动力性、燃油经济性、可靠性及其强度、刚度、质量、制造成本和用途密切相关。 1.1.5.1 发动机的振动与噪声 降低发动机噪声是汽车噪
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