发动机冷却风扇噪声分析及其控制方法

（下转第55页）【作者简介】杨晓芳，助教，硕士研究生，研究方向：汽车噪声。1前言汽车的噪声包括发动机噪声、底盘噪声、车身噪声以及汽车附件和电气系统的噪声，其中发动机噪声是汽车的主要噪声源。而发动机冷却风扇噪声是发动机噪声的主要噪声源之一。发动机冷却风扇噪声随转速增加而迅速提高，通常在低转速时，风扇噪声比发动机本体噪声低的多，但在高转速时，风扇噪声往往成为主要甚至最大的噪声源。特别是近年来，一些车辆由于安装隔声装置和装设车内空调系统及排气净化装置等原因，使发动机罩内温度上升，风扇负荷加大，噪声变得更加严重。2冷却风扇气动噪声来源机理发动机冷却风扇的作用在于产生足够的压力，以驱送所需的气体通过。风扇的结构形式虽然多种多样，但就其原理来讲，不外乎离心式和轴流式两种。为了获得大的空气流量，现代汽车普遍采用轴流式冷却风扇。发动机冷却风扇噪声由旋转噪声和紊流噪声组成。发动机冷却风扇噪声源如图1所示。图1冷却风扇气动噪声分类旋转噪声是离散频率噪声，源自叶片形式的空气压力脉动。风扇旋转时，每个叶片的两侧由于流速不同而产生压力差。由此形成的流场以风扇旋转速度旋转，使得流场中任一点的压力都发生周期性的重视，在叶片等间隔分布的情况下其重现频率为风扇转速和叶片数的乘积。紊流噪声是宽频噪声，由作用在叶片上的随机脉动力引起的。这些脉动是由叶片表面和紊流的相互作用造成的，主要包括进入风扇气流中的紊流噪声、漩涡脱流噪声、叶尖间隙噪声。3冷却风扇噪声的影响因素及控制影响发动机冷却风扇噪声的因素主要包括以下两点：风扇本身的几何参数和风扇的工作环境。风扇本身的几何参数有：叶片角度、叶片宽度、叶片数量、成形半径及轮毂比等；工作环境的影响体现在：空气流量、叶尖速度、气流阻力、风圈直径等。（1）叶片数量：随着叶片数量的增加，发动机冷却风扇的噪声会增大。所以在优化设计时可以有预见性的选取叶片数。（2）轮毂比：随着轮毂比的增大，冷却风扇的噪声会逐渐增大。所以轮毂比小可以适当降低风扇噪声，但是轮毂比过小，对风扇的性能也有不利的影响，它会引起叶片根部气流发生分离；另外，从结构方面看，轮毂比过小，会使叶片变得很长，给叶片的布置带来困难，也容易引起叶片的疲劳破坏。（3）叶型安装角：根据有关资料显示，风扇噪声在叶型安装角小于20度时呈下降趋势，在叶型安装角大于20度时，风扇噪声急剧上升，所以在对风扇进行优化设计时可以找到一噪声最低点。（4）转速：风扇的噪声级和转速成正比关系。从降噪考虑，应根据风量要求和总体布置可能，尽量选用直径大些的风扇，以降低风扇转速。（5）叶片不等夹角布置：叶片不等夹角布置可以优化风扇噪声频谱，最佳风扇夹角与环境结合会得出比较平缓的声谱，所以选择最佳夹角风扇时必须考虑风扇的工作环境。（6）叶型和前倾：根据相关资料显示，风扇噪声级随着前倾角的变化以10度为分界点，小于10度时，风扇噪声随前倾角的增加而减小，大于10度时，随着前倾角的增加而增大。风扇噪声控制可以有多种方式，如吸声降噪，隔声降噪，主动噪声控制，风扇的改型设计等。由于汽车发动机的机构紧凑，安装困难，吸声隔声降噪的方式在汽车发动机冷却风扇上应用有较大困难，一般用于安装条件限制不大的矿用风扇和通风；主动噪声控制技术在汽车风扇上的应用更为困难，它一般适用于管道声场降噪等情况；因此，汽车发动机冷却风扇的噪声控制一般应从风扇的改型设计入手，同时改善冷却风扇的工作条件和负荷状况。4总结本文归纳总结了发动机冷却风扇噪声的来和影响风扇噪声的各种因素。确定了七种可以优化影响因素：叶片数、轮毂广西轻工业GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY机械与电气2011年3月第3期（总第148期）发动机冷却风扇噪声分析及其控制方法杨晓芳（盐城纺织职业技术学院机电系，江苏盐城224005）【摘要】简述了汽车发动机风扇噪声的来源，并分析了影响发动机冷却风扇噪声的各种因素，提出了控制汽车发动机冷却风扇噪声的有效措施。【关键词】冷却风扇；噪声；影响因素；控制【中图分类号】TG464【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2011)03－53－0153（上接第53页）比、叶型安装角、转速、叶片不等夹角布置、叶型和前倾。为新产品的研究开发乃至应用提供依据。参考文献[1]何渝生.汽车噪声控制[M].北京:机械工业出版社,1999.[2]季伟锋.微型轴流风扇噪声机理及特性预测的研究[D].上海交通大学硕士学位论文,2003.[3]张红辉.发动机轴流冷却风扇低噪声气动性能分析与控制研究[D].重庆大学硕士学位论文,2002.[4]耿丽珍.轿车发动机冷却风扇CFD仿真分析与降噪研究[D].吉林大学硕士学位论文,2008.[5]任玉新.计算流体力学基础[M].北京:清华大学出版社,2006.效果也不一样。如何选择合理的高速切削刀具，尽可能延长刀具使用寿命，以及最大限度地发挥刀具的性能，对高速切削应用来说是一项十分关键的技术。为了适应高速切削，刀具材料耐磨性能要好，在干式切削高温条件下切削性能稳定。目前高速切削刀具材料主要有涂层硬质合金、金属基陶瓷、氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼等。在机床主轴—夹头—刀具系统中，刀具和夹具的不对称形状、系统构件的连接间隙和夹紧的不精确、主轴的圆跳动和磨损、主轴刀具拉紧机构中拉杆—碟形弹簧的偏移、冷却润滑液的影响等都会造成刀具系统的不平衡。在高速加工过程中，刀具的一点点不平衡都会产生较大的离心力，严重影响主轴的正常运行。针对这种情况，需采取以下措施：（1）制定动平衡标准。目前已有国际标准IS01940规定了动平衡的技术指标，各厂家可以根据国际标准和工厂实际情况指定相应的产品的动平衡标准。（2）对刀具系统进行动平衡，对刀具、夹头和主轴进行动平衡。（3）对夹头连同刀具整体进行一次动平衡。（4）刀具系统装夹到主轴上是会因夹紧产生误差，对于高速加工应采用自动平衡系统，实现在线动平衡。3.3高速铣CNC系统数控系统（数字控制系统）是指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统。它是数控技术的载体。数字控制系统中的信息是数字量，是相对于模拟控制而言的。高速加工对CNC的最基本要求：以足够快的速度处理NC数据、为各进给轴加减速产生无冲击的理论值。高速加工CNC功能模块，它与普通CNC相比，扩展有后置处理器，离线预处理功能和样条译码功能。高速加工CNC的核心技术是样条实时插补和无冲击的加速器。样条不应该线性化，应该直接插补，以免降低精度。机床进给驱动系统必须具有高动态性能，为机床进给轴加减速产生无冲击的理论值———斜坡函数，即机床进给轴加速度—时间曲线不允许有突跳，只有这样才能保证高速加工的高精度和足够高的进给速度。3.4高速铣数控编程CAM系统高速铣所具有的不同于传统加工的特殊加工工艺，使其对数控编程的CAM系统提出了特殊的要求：（1）具有很高的计算编程速度。由于高速铣采用非常小的进给量和切深，故计算NC程序时需花费很长时间，要求CAM系统能实现快捷、方便的计算。较快的编程速度还可使操作人员对多种加工工艺方案进行比较，以便采取最佳方案，编辑、优化刀具轨迹，提高加工效率。（2）高速铣的重要特征之一是能够使用较小直径的刀具加工出复杂的模具。因此要求CAM系统能够自动提示最短夹刀长度，并自动进行刀具干涉检查。（3）进给率优化处理功能。为了确保最大的切削效率及高速切削时的安全性，CAM系统应能够根据加工瞬时余量的大小，自动对进给率进行优化处理。（4）具有符合高速铣要求的丰富的加工策略。CAM系统应能实现高速铣对走刀方式的特殊要求，主要有以下几个方面：①避免走刀方向的突然变化，以防止因局部过切而造成刀具或设备的损坏；②保持刀具轨迹的平稳，避免突然加速或减速；③下刀或行间过渡部分最好采用斜式下刀或圆弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料；④行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接；⑤残余量加工或清根加工时，应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工的方式，避免用小刀一次加工完成；⑥刀具轨迹编辑功能也很重要，可通过裁剪、修编的方式减少空刀，提高效率。4结束语模具高速加工技术是各种先进加工技术的集成，不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、高速切削刀具、数控系统及CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在中国的应用范围及应用水平仍有待提高，大力发展和推广应用模具高速加工技术对促进中国模具制造业整体技术水平和经济效益的提高具有重要意义。参考文献[1]张伯霖.高速切削技术应用[M].机械工业出版社,2003.55