汽车排气系统减振和降噪的研究-毕业论文

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1、第一章绪论1.1、研究的目的和意义随着社会的发展和技术的进步，人们对现代汽车的要求越来越高。为了降低发动机排放对环境和乘员造成的不良影响，排气系统作为一个重要的组成部分被引入汽车中来。它的主要作用是将发动机工作时产生的废气经过处理排出并且降低排气噪声。它的质量优劣直接关系到汽车的动力性、舒适性和排放标准，对发动机的效率和使用寿命也会产生影响。同时汽车排气系统作为汽车乘坐舒适性的主要影响因素之一，其振动问题在学术界得到了广泛的重视。汽车排气系统一般通过法兰和吊耳分别与发动机排气歧管以及车身地板相连。由于受到发动机本身振动和排气激励的影响，排气管振动相对较大。汽车排气系

2、统主要由排气管、氧传感器、三元催化装置、波纹管、副消声器、主消声器、尾管以及排气系统悬挂装置等组成。其中氧传感器为车辆ECU提供废气中氧气含量的数据，ECU以此来调节发动机进气量来实现燃料的完全燃烧；三元催化装置可以有效的为发动机排出的废气提供净化，去除其中的有毒有害成分（如CO，CyHx以及NyOx等）；主、副消声器可以有效的降低车辆运行时发动机排气所发出的噪音；波纹管以及排气系统悬挂装置则是用来减少排气系统的振动，从而提高系统的可靠性及寿命。所以，对排气系统的研究是十分有意义而且有必要的，尤其是降噪和隔振的研究，对于车辆的运行可靠性及舒适性都有着现实的意义。汽车

3、排气系统首先是一个复杂的声学系统。发动机运行及排放废气时产生噪音往往会覆盖从200Hz到2000Hz的巨大频率范围，故对排气系统的降噪功能提出了极高的要求。因此，通常会使用主、副两个带有多个扩张腔和共振腔的消声器的形式来降低噪音。在某些极端情况或者对噪音要求非常苛刻的车辆环境下，也可能使用更多消声器来完成此降噪任务。其次，汽车排气系统又是一个非常复杂且多自由度的振动系统，其振动的输入源不仅包括了车辆在行驶过冲中发动机产生的振动，还包括汇集了路面通过悬架输入的激励以及传动系统冲击及扭振激励等的车架向排气系统输入的振动。当车辆处于各种特殊工况下，例如起步、制动或者路面遇

4、到冲击时，发动机及车架会向排气系统传递更多的冲击，从而产生很大的动载荷，而车辆在长期处于这些工况交替的情况下排气系统很容易产生结构破坏。所以汽车排气系统一般会采用一套悬挂系统来降低系统所受到的冲击。另外，汽车排气系统一般还会在三元催化附近加装一段波纹管以达到隔离发动机周期性激励的效果。综上所述，汽车排气系统减振和降噪的研究对于整车系统的舒适性、环保性、耐久性、可靠性以及降低零部件因共振因素导致零部件断裂的风险。都有着十分重要的意义。随着振动理论及其相关学科的发展，人们早已改变了仅仅靠静强度理论进行结构设计的观念。许多结构是在外部激励或自身动力作用下处于运动状态的。这

5、种运动或其主要成分往往是振动。如旋转机械的振动，空间飞行器的颤振，车辆、船舶等交通运输工具的振动，机床的振动，武器在发射状态下的振动等等。这些机械的设计、评估自然必须考虑动态特性，动态载荷往往是设计的主要考虑因素。特别是随着现代工业的进步，许多产品朝着更大、更快、更轻和更安全可靠的方向发展，因此对动态特性的要求越来越高，振动分析愈显重要。为振动工程理论的一个重要分支、模态分析及实验为各种产品的结构设计和性能评估提供了一个强有力的工具，其可靠的实验结果往往作为产品性能评估的有效标准，而围绕其结果开展的各种动态设汁方法更使模态分析成为结构设计的重要基础。特别是计算机技术

6、和各种计算方法（如FEM）的发展，为模态分析的应用创造了更加广阔的环境。我的工作课题是对G820车型1.8L发动机排气系统主要零部件进行模态分析。通过abaqus等有限元分析软件，建立排气系统冷端的自由模态和约束模态的有限元分析模型，获得主要零部件在自由状态下和约束状态下的固有频率和振型。基于分析结果进行结构改进和优化，降低零部件因共振因素导致零部件断裂的风险。1.2、国内外研究现状现今国内外有许多学者对发动机排气系统有过研究。王岩松[1]等，应用有限元软件HYPERMESH和MSC.NASTRAN对某汽车的排气系统进行了自由模态分析，建模时不考虑排气系统的吊挂件和

7、支撑以及排气歧管约束对排气系统振动的影响。根据三维CAD模型和质量分布情况进行模拟计算，得到系统固有频率及振型等相关信息；平均驱动自由度位移法可以用来在整车开发前期对汽车排气系统吊耳悬挂点位置的布置当中，根据ADDOFD法曲线，选择ADDOFD值较小的点作为吊耳的悬挂点，根据ADDOFD法绘制的曲线确定排气系统吊耳悬挂点的位置。杨万里[2]等，建立了排气系统模态分析模型，排气系统模型一般由5部分组成:三元催化器、波纹管、前消声器、后消声器和各部件之间的连接管道。其中，他们根据设计部门提供的波纹管CAD模型、三元催化转化器及前后消声器的外壳进行了网格划分。杨万里等