某发动机正时带传动系统噪声分析及优化

欧阳彩云，陈友祥，邱若友，韩丹

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



设究计研究

某发动机正时带传动系统噪声分析及优化

欧阳彩云，陈友祥，邱若友，韩丹

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章分析了发动机正时带传动系统噪声的产生机理,针对某汽油发动机正时带传动系统噪声进行优化,通过台架试验论证了降低张紧轮张紧力、优化轮系的安装位置可以有效提升正时带传动系统的NVH水平。

正时系统；张紧力；噪声

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.004

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-09-03

引言

正时传动系统是发动机配气机构的重要组成部分，起着准确地实现定时开启和关闭相应的进、排气门。也可以用来驱动机油泵、水泵等附属装置。

由于正时皮带噪声小、传动精确、轻量化的特点，被广泛运用于发动机正时传动系统。但正时皮带与齿轮啮合所产生的噪声依然是配气机构的主要噪声源。本文根据正时带传动系统噪声机理，通过优化实现提升正时传动系统NVH性能。

1、正时带传动系统噪声机理

正时带传动系统结构较简单，但其影响其噪声的因素却非常复杂。正时带传动系统噪声的主要包括如下：1.正时皮带与带轮啮合过程中产生的复杂的啮合噪声；2.正时皮带摆动产生类似拨动琴弦的噪声；3.正时轮系共振产生的噪声；4.正时皮带与轮系摩擦产生的摩擦噪声。

正时皮带与带轮啮合会产生周期性冲击，则引起具有一定规律的噪声，噪声频率为：

式中N为正时带轮的齿数，n是发动机转速（rpm）。

当正时皮带的固有频率与啮合频率相同或者接近时，两者产生共振，则该正时带传动系统动态性能恶化，产生强烈的噪声。

正时皮带的固有频率计算公式为：

其中：F为皮带张紧力（N），l为皮带跨距（m），m为单位皮带重量（kg/m）。

2、某发动机正时带传动系统噪声特征

某2.0NA发动机在发动机半消声室进行NVH测试时，在怠速工况时发动机前方存在明显的“咕噜……咕噜”周期性的噪声，声品质较差，此发动机怠速转速为800rpm。

在发动机前方1m声压级曲线以及在colourmap图中可以看出，在频率为320HZ-360HZ左右存在明显的峰值。

图1　声压级曲线

图2　colourmap图

通过去除发动机前端附件皮带，该噪声依然存在，初步判断噪声是由正时带传动系统引起的。

3、某正时带传动系统噪声优化

3.1该正时带传动系统特点

该正时带传动系统曲轴正时带轮齿数为24，并且采用机械自动张紧轮，同时该轮系还用于驱动机油泵，该正时带传动系统置图如下：

图3　正时带传动系统布置图

3.2该正时带传动系统噪声分析

由于正时带轮齿数为24，根据带轮啮合噪声频率公式，该正时带传动系统在怠速工况下啮合频率为320HZ，与声压级曲线和colourmap中的噪声频率吻合。

根据各轮系位置坐标及各段皮带跨距，各段皮带的振动频率如下：

表1　

根据计算结果，发现在机油泵带轮与惰轮之间皮带存在321HZ-380HZ的固有振动频率，同时在张紧轮与曲轴正时带轮之间存在279HZ-342HZ的固有振动频率，这两处皮带固有频率与该正时带传动系统的啮合频率接近，容易引起共振导致噪声，故对这两处进行重点优化。

3.3该正时带传动系统优化

根据上述该正时带传动系统噪声产生的原因分析，需要避免机油泵带轮与惰轮、张紧轮与曲轴正时带轮之间皮带固有频率与啮合频率产生共振。由于啮合频率一定，故需要通过改变两段皮带股的固有频率，根据固有频率的影响因素，同时考虑到工程上优化的方便性及可行性，重点通过以下两方面改变固有频率：

3.3.1正时皮带张紧力（张紧轮名义张力）

当前该正时带传动系统采用自动机械张紧轮，安装后名义张力为400N。

根据相关经验，对于汽油机的正时带传动系统，400N的名义张紧力相对过大，在保证该正时带传动系统性能满足要求不发生跳齿风险的情况下，将张紧轮的名义张紧力降低到330N。

3.3.2轮系间正时皮带跨距

图4　优化后正时带传动系统布置图

由于机油泵带轮与惰轮之间的皮带处于正时带传动系统紧边，仅通过降低张紧轮的名义张紧轮对该段皮带皮带张力在怠速工况下影响不大，故需要通过优化惰轮的安装位置来改变该段皮带的跨距。优化后该正时带传动系统布置如图4。

通过降低张紧轮名义张力并优化轮系安装位置后，各段皮带的固有频率如下：

表2　

通过优化后各皮带段的固有频率和啮合频率不发生共振，可以有效降低噪声。

4、优化前后试验噪声对比

图5　优化前后声压级曲线

对优化前后该正时传动系统在NVH台架上进行噪声测试，通过进行主观评价，优化后“咕噜……咕噜”噪声消失，同时声品质较优。同时使用麦克风测试，在声压级曲线和colourmap图中看出原来320HZ-360HZ共振消失。

图6　优化前后colourmap

5、结论

本文通过降低正时皮带的张紧力，同时优化相关轮系的安装位置改变皮带跨距，可以有效解决由于正时皮带共振引起的“咕噜咕噜”噪声，提升正时传动系统的NVH性能。

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[3] 丁艳平等. 发动机正时皮带噪声分析与改进[J].汽车技术.

Noise Analysis And Optimization Of An Engine Timing Belt System

Ouyang Caiyun, Chen Youxiang, Qiu Ruoyou, Han Dan
（Anhui Jianghuai Automobile Co.Ltd, Anhui Hefei 230601）

This paper analyses the mechanism of the engine timing belt system noise.It proves that decreasing the tension and optimizing the position of the timing wheels are effective ways to improve the NVH performance by testing on a gasoline engine.

Timing Belt System; Tension; Noise

陈友祥，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

U467.3

A

1671-7988（2016）06-09-03