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复合材料发动机部件密封与减振设计 2011年11月 复合材料发动机部件密封与减振设计 李卫中,王庆明,刘晓静,刘归 (北京中材汽车复合材料有限公司,北京102101) 摘要:本文分别从产品结构、密封件结构方面对复合材料油底壳、缸盖罩等发动机部件的减振降噪设计进行了综述,重点 论述了减振连接件的设计原理、不同部位密封结构的设计以及橡胶材料的选择。 关键词:复合材料;发动机部件;减振降噪;密封;连接 中图分类号:TB33 ——— 文献标识码:A文章编号:10030999(2011)06006005 1日Ij舌 随着汽车工业的发展,复合材料在汽车发动机 方面的应用也越来越广泛。近年来,随着用户对环 境的关注,汽车噪声治理已列人汽车标准要求中。 如重汽由于出口的需要,要求将整车的噪声由目前 的84dB降至80dB。从整车的噪声源来分,发动机约占30%以上¨ J,而油底壳和气缸盖占发动机噪声 源的50%,见表1。 表1部件声功率级及能量百分数 目前,国外主机厂为了降低这两部分的噪声,已 经从材料和结构两个方面进行了比较成熟的研究开 发,复合材料质轻、阻尼性能好等自身具有的特点正 能够满足汽车工业的这种要求。随着现代汽车行业 的发展,复合材料在减少噪声、节能减排、集成化、可 设计性强、易于成型、成本降低等方面的优势越来越 被汽车工业重视,近几年复合材料获得了飞速的发 展,特别是最新开发的应用于汽车发动机上的复合 材料,它具有精密的尺寸精度和优良的耐温性℃ ℃ (一40~150),各主机厂开设专门的机构开发 复合材料部件,在防制噪声方面取得了一些进展。 2减振降噪设计 复合材料的阻尼一般为0.05,金属材料的阻尼 为0.005,也就是说复合材料的阻尼比金属材料的 阻尼高10倍。从图1可以看出,复合材料从200Hz 开始即有良好的减振效果,特别是在高频范围内效 果显著,最多降低了1ldB。图2为铝和SMC材料的 噪音衰减对比。 兽 繇 煅 需 蜷 图1复合材料和钢板的振动对比 图2铝和SMC材料的噪音衰减对比 虽然复合材料的抗振效果优良,但在实际应用 中,我们发现不同的产品结构及连接方式,对整机的 噪声水平影响很大,以下即从这两个方面进行论述。 2.1产品结构设计 2.1.1在油底壳中间安装隔板 在油底壳中间安装隔板(图3),目的是增加对 收稿日期:2010-08-31 本文作者还有宋磊。 作者简介:李卫中(1972一),男,教授级高工,主要研究方向为复合材料发动机部件设计及开发。 FRP/CM20il 2011年第6期 玻璃钢/复合材料 61 油底 噪音。 图3安装隔板的油底壳 改进油底壳前后整机噪声对比结果见图4。可 以看出,改进后,油底壳取得了较好的降低噪声的效 果。在3200r/min时,降噪量达到0.85dB,随着转速 的下降,降噪量最大时能达到1.5dB。通过试验对 比可以看出,采用改进内部振动约束结构的油底壳 能够达到很好的降噪效果。 \ 槲‘ 慑 图4油底壳改进对整机噪声的影响 2.1.2产品加筋 振动与噪声试验己证实油底壳的侧面后部振动 是主要声源之一,由于其面积大、相对刚度小、振动 很大,是油底壳振动发声的主贡献部位。考虑到复 合材料工艺易于实现加筋、局部变厚度处理,又兼顾 成本低、改动不大的原则,对于发动机复合材料部件 的降噪,采用加筋及加厚来改变油底壳、缸盖罩(图 5至7)的固有频率,不诱发油底壳的共振或降低振 动幅度来实现。 图5加筋油底壳 图6缸盖罩加筋前 图7缸盖罩加筋后 通过有限元计算得知,局部加筋加厚措施对振 动幅度有明显的抑制作用,局部加竖筋和加厚方案 的计算结果见表2。为进一步降低振动,最后实施 方案采用网格加筋方案,与前方案比,局部刚度大大 加强,可以预测实施方案与原结构相比至少降低振 动幅度50%以上。 表2加强筋对变形幅度的影响 注:方案1为在原结构基础上,前部增加竖筋5条,后边增加竖 筋2条;方案2为在方案1的基础上加厚2mm。 图8为Sinoma10L柴油发动机油底壳约束模态 分析。表3为SMC油底壳和钢板冲压油底壳振动 模态分析结果对比表。从分析结果看,与钢油底壳 相比,该SinomaSMC油底壳减振优势明显,与钢油 底壳相比,一阶、二阶和三阶振动频率,SMC油底壳 分别提高了50%、53%和32%。 图8SinomaSMC油底壳的约束模态分析图 FRP/CM2011.No.6 62 复合材料发动机部件密封与减振设计 2011年11月 表3分析结果 为了验证SinomaSMC油底壳模态分析结果,我 们通过采用比较精确的表面速度法计算油底壳表面 辐射噪声,在柴油机试验台架上进行欧III柴油机 SMC油底壳和钢制油底壳对比表面振动测试和计 算分析试验。试验结果表明,采用SMC油底壳可有 效降低柴油机油底壳表面辐射噪声,在2200r/min 额定转速计算出油底壳辐射噪声可降低9.4dB,在 1600r/min最大扭矩转速下可降低12.9dB。 由此可见,合理的产品结构设计,对降低整机噪 声贡献很大。 2.2减振连接设计 在对振动系统进行分析时,我们发现当振源频 率m和隔振系统固有频率。相同时,无阻尼时的 振动传递比公式显示,隔振系统的振动传递比在理 论上为无穷大,此时非但不能隔振反而使振动加剧; ∞ 当有阻尼时,系统即使出现=《》0的状态,隔振 系统的振动传递比将不再为无穷大,此时的传递比 由阻尼的大小决定。 我们在进行减振设计时,就是在振动与基础、基 础与需要防振的机器设备之间安装具有一定弹性性 质的装置,使得振动源与基础之间或设备之间的近 刚性连接成为弹性连接,以隔离或减少振动能量的 传递,使自由振动很快消失,尤其是当隔振对象在起 动及停车而经过共振区时,阻尼就显得更加重要。 通过这种设计,可以达到整机减振降噪的目的。 在整个减振连接系统设计中,我们发现橡胶是很 好的阻尼减振材料,可以起到减小辐射噪声的作用。 研究中,应用橡胶板制作油底壳和齿轮室罩与机体联 接部位的垫片,包括油底壳垫片、齿轮室垫片和供油 泵盖垫片,安装后进行试验,噪声测试结果见图9。 图9加橡胶垫片前后齿轮室罩前1m 的噪声测试结果对比情况 l|,c呲|文| 从图9可以看出,在齿轮室罩前lm处,改装橡 胶垫片前后噪声差别在1~2dB左右。在整机情况 — 下,噪声下降了0.20.4dB左右。 2.2.1减振连接结构 油底壳、缸盖罩的减振连接结构对降低噪声很 重要,其设计要点是钢性连接件(螺栓)与曲轴箱/ 缸盖和产品间通过阻尼材料垫圈、密封圈进行连 接j。目前可行且效果较好的密封连接结构见图 1O,密封圈和垫圈的应力应变工作点见图11。 图10密封联结结构 图11减振连接件应力应变曲线 进行连接系统设计时,应根据有限元计算、实验 模拟相结合,并关注新材料的发展,使噪音隔离密封 系统达到最优化。 2.2.2密封结构设计 复合材料与钢、铝金属材料性能不同,因此在密 封设计时,具体要求也有差别,实际应用时需要关注 以下几点: (1)复合材料的模量约为10~15GPa,即便通过 结构设计提高刚度,使用纸垫片或石棉垫片也极易 发生漏油,因此必须考虑使用橡胶垫片; (2)复合材料部件通过模具成型,表面光洁度 高且装配时产品具有变形性,因此平面度要求低,整 体可控制在5mm左右; (3)由于复合材料易于成型,密封圈受力中心 应与螺栓中心一致,减少弯曲受力; (4)复合材料边缘易破损,应避免凸型密封结 构,尽量采用凹型密封; 2011年第6期 玻璃钢/复合材料 63 (5)当有减振要求时,应设计阻尼裙边,如图12 所示。 图12具备减振功能的密封圈结构 由于发动机部件处在长期振动的工作环境,因 此其总成件的防松和密封非常重要。复合材料受限 于本身特点,不易自身完成螺纹连接,因此应尽量减 少螺纹设计,当内部需要有金属部件时,应采用铆接 等无松动设计,可用的密封方式见图13。 图13可用的密封结构 2.3橡胶材料选择 对发动机部件用的弹性体材料进行选择,必须 考虑发动机工况,并且不同的应用部位提出了不同 的耐油、耐水及耐温要求。表4为业界常用的材料 选择,以供设计时选用。 表4基于耐油、耐温的橡胶选择 注:+表示耐受性好,0表示耐受性一般,一表示无耐受性。 2.4橡胶材料的热力学特性测试 即使具备高性能密封材料和发动机系统方面的 专业知识,在选择橡胶材料用于发动机部件时,也必 须在发动机工况范围内进行广泛的、可靠的密封性能 ℃ 测试。这种测试应涵盖一40一150oC的工作温度范 围和整个组件的使用寿命。现行的测试如图14所示, 测试其密封压力在不同温度下随时间的变化曲线。 35O 001 01 1 10 100 1000 11]0 ̄0100000 时问/hm℃ 200一℃ l75… ℃ l5O一℃ 135 图14密封材料测试 在实际设计过程中,材料选择、密封件结构、硬 度等都会影响产品的密封性和使用寿命。 3结束语 复合材料具有优良的降噪特性,优化其结构可 进一步提高降噪效果,随着复合材料技术的发展,其 在汽车工业的应用会越来越广。 刚性连接和阻尼结构的组合不仅适用于复合材 料发动机部件,也适用于铝、镁、钢等金属部件。合 理的组件设计可以在功能和成本之间达到一个平 衡,所有的零件可以在供应商处预先组装设计,提高 主机厂的生产线装配效率和可靠性,降低管理成本; 在售后环节不需要额外的零件,整体拆装便捷,维护 费用低廉。 参考文献 [1]钱人一.汽车发动机噪声控制[M].上海:同济大学出版 社.1997. [2]舒歌群.降低柴油机噪声的措施及评价[J].天津大学学 报,2006. [3]方华.柴油机机体及油底壳低噪声结构的数值模拟研究[D].吉 林大学博士学位论文,2003. [4]方华.应用减振螺栓降低缸盖罩辐射噪声的仿真与验证[C]. LMS中国用户大会论文集,2003. [5]成大先.机械设计手册:润滑与密封(第5版).2010. (下转第33页) FRP/CM| 1《o.6囊 2011年第6期 玻璃钢/复合材料 33 — [14]SilverioF.,dosReisM.J.,TrontoJ.ValimJ.B.Removalofali phaticaminoacidsbyhybr — idorganicinorganiclayeredcompounds [J].ApplSurfSci,2007,253(13):5756-5761. [15]PalmerS.J.FrostR.L.UseofHydrotalcitesfortheRemovalof ToxicAnionsfromAqueousSolutions[J].IndEngChemRes,— 2010:89698976. [16]ZhaoY.,LiF.,ZhangR.,EvansD.G.DuanX.Preparationof layereddouble-hydroxidenanomaterialswithaunif ormcrystallite sizeusinganewmethodinvolvingseparatenucleationandaging steps[J].ChemMater,2002,14(10):42864291. — [17]CarriazoD.,DomingoC.,MartinC.RivesV.StructuralandTex — tureEvolutionwithTemperatureofLayeredDoubleHydroxidesIn tercalatedwithParamolybdateAnions[J].InorgChem,2005,45— (3):12431251. [18]SunW.,HeQ.,LuL.LiuH.Synthesisandpropertiesoflayered doublehydroxidesintercalatedwithcinnamicacidseriesorganicUV rayabsorbents[J].MaterChemPhys,2008,107(2-3):261-265. — — [19]XuZ.ZengH.DecompositionPathwaysofHydrotalcitelikeCom — poundsMglxAlx(OH)2(NO3)xonH20asaContinuousFunction ofNitrateAnions[J].ChemMater,2001,13(12):4564-4572. [2O]M ̄anowskiP.,HuijserS.,ScahroF.,vanBenthemR.A.T.M., vanderVenL.G.J..LavenJ.deWithG.Molecularmechanismof photolysisandphotooxidationofpoly(neopentylisophthalate)[J].— Polymer,2009,50(6):13581368. — SYNTHESISANDUVINHIBITIONPROPERTYOFMgAL・HMBA・-LDHs — — ZHUHaifeng,WANGJing,TANGPinggui,FENGYong-jun (1.StateKeyLaboratoryofChemicalResourceEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology, Beijing100029,China; 2.BeijingSinomaCompositeAutoPartsCo.,Ltd.,Beijing102101,China)— — Abstract:2一hydroxy-4一methoxybenzophen0ne5一sulfonicacidhadbeenintercalatedintoalayereddoublehy — droxides(LDHs)hostbyionexchangereactionusingMgA1一NO3一LDHsasprecursor.Thesamplesobtainedwere —— — characterizedbySEM,XRD,FTIR,TGDTAandUV-Vis.Theresultsshowthattheoriginalinterlayernitrateani — — onsofLDHsprecursorcanbecompletelyreplacedbyHMBAanions.FTIRandTGDTAcurvesrevealthepresence — ofacomplexsystemofsupramolecularhostguestinteractions.Withfairlygoodthermalstability,MgA1-HMBA-LDHs — — canabsorbUVradiationmoreeffectively.ThephotostabilityofFRPmatrixmodifiedbyMgA1一HMBALDHsisen hancedcomparingwiththepristineFRPmatrixorFRPmatrixmodifiedbyHMBA. Keywords:layereddoublehydroxides;intercalation;UVabsorbent;FRP (上接第63页) ’ ’ ’ SEALINGDESIGNANDVIBRATIoNREDUCrl10NDESIGNF0RC0MP0SI,IEENGINEPARIS — — LIWeizhong,WANGQingming,LIUXiao-jing,LIUGui (BeijingSinomaCompositeAutoPartsCo.,Ltd.,Beijing102101,China) Abstract:Theinfluenceofproductstructureandsealingstructureofenginepartssuchasoilpanandvalve coveronvibrationandnoisereductionisreviewedinthispaper,whichemphasizesonthedesignpr incipleofpart joints,sealingstructureindifferentpansandtheselectionofsealingmateria1. Keywords:composite;engineparts;vibrationandnoisereduction;sealing;joint FRP/CM201LVa.
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