便車窗玻璃升降器外殼沖壓模具設(shè)計(jì)（桂電子）

便車窗玻璃升降器外殼沖壓模具設(shè)計(jì)（桂電子）,便車,窗玻璃,升降,外殼,沖壓,模具設(shè)計(jì),電子 桂林電子科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）翻譯 英文原文名Analasis of Polsation Inside Pipe and Study on Exhaust Sound Characteristics of V Type8 Cylinder Engine–Study on Optimitized Front Pipe Junction Structure 中文譯名：V8發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)震動(dòng)與排氣噪聲特性的分析 與研究—關(guān)于排氣歧管最優(yōu)化連接的研究 班 級(jí) 06001102 姓 名 劉志杰 學(xué) 號(hào) 0600110218 指導(dǎo)教師 楊曉青 摘要 對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)震動(dòng)波傳播的研究表明，將兩排氣歧管連接到排氣總管可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)。概而言之，管內(nèi)的震動(dòng)頻率并不總是和發(fā)動(dòng)機(jī)最初正常工作的燃燒頻率及其和聲頻率一致。因此，排氣管連接結(jié)構(gòu)的研究表明：在連接處形成一定體積可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)主要壓力波動(dòng)向向下壓力波動(dòng)的轉(zhuǎn)換，也使得排氣噪聲更嚴(yán)重。這種現(xiàn)象是由V8發(fā)動(dòng)機(jī)兩邊汽缸無規(guī)律的燃燒和在連接處存在傳播相位差所造成的。 前言 最近，符合LEV(Low Emission Vehicle的縮寫,亦即”低污染排放車輛”之意)和ULEV(Ultra-Low Emissions Vehicle的縮寫,”超低排放車”之意)排放法規(guī)的V型發(fā)動(dòng)機(jī)在左右兩邊配備了較大的接觸應(yīng)力智能轉(zhuǎn)換器。排氣管結(jié)構(gòu)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，排氣前管伸長(zhǎng)與排氣總管中部相連（見圖1）。最優(yōu)化的排氣系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮安靜性，其次是發(fā)動(dòng)機(jī)性能。 V8發(fā)動(dòng)機(jī)兩邊汽缸的燃燒在左右兩排氣前管內(nèi)引起復(fù)雜的震動(dòng)，這種排氣前管內(nèi)的震動(dòng)和四缸直列等其他類型發(fā)動(dòng)機(jī)的不同。目前尚未有關(guān)于左右排氣前管內(nèi)此類震動(dòng)共同作用效果的研究，也沒有關(guān)于這種震動(dòng)在排氣前管連接處的傳播的研究。雖然對(duì)于兩邊的震動(dòng)波在排氣前管連接處的疊加的分析已經(jīng)考慮了氣體流動(dòng)的影響，但是尚未有集中于V8發(fā)動(dòng)機(jī)各邊汽缸之間的燃燒間隔與震動(dòng)在連接處衰減的關(guān)聯(lián)性的研究。人們廣泛研究消聲器衰減技術(shù)，但是很少關(guān)注其連接結(jié)構(gòu)。然而，由于目前排氣噪聲備受關(guān)注，連接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化就顯得必要了。 這篇論文主要是研究震動(dòng)在連接處的傳播，從而依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算，探討V8發(fā)動(dòng)機(jī)排氣前管連接的優(yōu)化方案。使用有限元法或其他類似方法計(jì)算排氣噪聲的線性頻率響應(yīng)的計(jì)算方法并不適用于邊界條件情況下以及V8整個(gè)排氣管內(nèi)的各種頻率。一方面，研究表明，用流體熱力學(xué)模型進(jìn)行聲學(xué)計(jì)算可以預(yù)知聲壓。對(duì)一維計(jì)算進(jìn)行修正后應(yīng)用于實(shí)際尺寸模型，在一維線性空間和三維非線性空間都取得了良好的效果。另一方面，目前尚無人申請(qǐng)分析機(jī)械現(xiàn)象。 本文通過直接測(cè)量管內(nèi)壓強(qiáng)和使用流體熱力學(xué)模型計(jì)算從進(jìn)氣到排氣過程的管內(nèi)壓強(qiáng)，對(duì)比測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果，分析V8發(fā)動(dòng)機(jī)主要由于排氣管連接處的壓力波動(dòng)引起的震動(dòng)。 具有長(zhǎng)排氣前管的V8發(fā)動(dòng)機(jī)管內(nèi)震動(dòng)的傳播 為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，排氣管外形趨向于圖1所示。 圖1.具有長(zhǎng)前管的排氣管 排氣歧管在左右兩邊汽缸的排氣口附近相接，從而形成了左右排氣前管，并在前管上裝置大量的傳感器。然后，合成的長(zhǎng)前管在整個(gè)排氣裝置的中間位置連接起來。圖2.顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，排氣管內(nèi)各部分的震動(dòng)情況。由圖可見，在工作行程和排氣行程中，排氣口處測(cè)得7個(gè)主要的最高點(diǎn)，但是在排氣前管連接處測(cè)得8個(gè)大小和間隔都相同的最高點(diǎn)。這就是說，通過連接兩排氣前管可以改變管內(nèi)傳播的震動(dòng)頻率。對(duì)于4缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)，管內(nèi)傳播的震動(dòng)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)初次正常工作頻率或者合成頻率基本相同。V8發(fā)動(dòng)機(jī)的管內(nèi)震動(dòng)傳播過程與4缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)的有本質(zhì)的不同。圖3表示的是V8發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)汽缸的點(diǎn)火順序，兩邊各缸的燃燒并不是交替發(fā)生而是在曲軸轉(zhuǎn)角為180、90、180、270處間隔無規(guī)律地發(fā)生。其次，排氣前管內(nèi)各處震動(dòng)波測(cè)量的結(jié)果如圖4所示。考慮排放要求，排氣口處的震動(dòng)波取決于從排氣門到排氣歧管連接點(diǎn)的長(zhǎng)度和連接處的體積；一邊的氣缸內(nèi)的壓力最高點(diǎn)轉(zhuǎn)化為排氣前管的順流動(dòng)力。在排氣前管中部壓力下降但是震動(dòng)頻率不變。 但是，震動(dòng)頻率在前管連接處發(fā)生變化。也就是說在另一邊汽缸的排氣前管震動(dòng)波的影響下，頻率發(fā)生了變化，而馬上形成的波動(dòng)在連接處前后平均壓強(qiáng)、振幅是相同的。根據(jù)點(diǎn)火次序合成每一個(gè)汽缸內(nèi)的向下壓力最高點(diǎn)可以解釋這個(gè)現(xiàn)象。此外，分析兩前管的連接結(jié)構(gòu)和震動(dòng)波的傳播，目的在于研究連接結(jié)構(gòu)對(duì)排氣噪聲特性的影響。 連接結(jié)構(gòu) 對(duì)如圖5所示的兩種排氣管進(jìn)行對(duì)比，分析前管連接結(jié)構(gòu)。兩者從發(fā)動(dòng)機(jī)到消聲器的長(zhǎng)度分別相同，區(qū)別在于聯(lián)結(jié)是在消聲器之前還是之內(nèi)。 這兩個(gè)排氣管噪聲的綜合測(cè)量結(jié)果如圖6所示。由圖可見，排氣管1的噪聲比較小。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2500rpm時(shí)，在對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角測(cè)量聲壓，以此探討排氣管1和排氣管2排氣聲壓的差異。 圖2.不同的管內(nèi)震動(dòng)壓力與排氣聲壓 圖3.V8發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火次序 圖4.排氣前管內(nèi)震動(dòng)波的傳播過程 圖5排氣管對(duì)比 相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的壓力波動(dòng)如圖7所示?？梢?，曲軸轉(zhuǎn)過720度，排氣管1的壓力波有8個(gè)波峰（圖8（a）所示）。但對(duì)于排氣管2，主要工作壓力波動(dòng)與的排氣壓力疊加（如圖8（b）所示），使得排氣噪聲更為嚴(yán)重。從而，人們開始分析為什么當(dāng)兩排氣前管在消聲器內(nèi)連接時(shí)會(huì)發(fā)生壓力波動(dòng)。 圖6.排氣管1、2的排氣聲壓對(duì)比（測(cè)量值） 圖7. 排氣管1、2的排氣聲壓時(shí)間相位對(duì)比（轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)的測(cè)量值） 圖8.排氣管2的聲壓組成 發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力波動(dòng)的分析 測(cè)量?jī)膳艢夤軆?nèi)的震動(dòng)波來分析產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。對(duì)比結(jié)果如圖9所示。排氣管1、2在排氣門處的壓力基本相同。由此看來，連接排氣歧管對(duì)壓力波動(dòng)的影響比連接排氣前管的大。雖然在消聲器前后，排氣管1的壓力波峰間隔和幅值都基本相同，波形也相似，但是消聲器前后排氣管2的排氣震動(dòng)波卻有很大的不同，這表明了發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力波動(dòng)發(fā)生在連接處。排氣管1、2在左右排氣前管連接之前的管內(nèi)震動(dòng)對(duì)比結(jié)果分別如圖10所示?？梢娕艢夤?在兩前管連接之前形成的震動(dòng)波和總管的基本一致，但是排氣管2卻不然。就是說，管1的兩排氣前管之間的相互影響較大，并且兩列波疊加不發(fā)生相位延遲。相比之下，管2前管之間的相互影響較小，并且兩列波疊加時(shí)波峰相位延遲。 此外，為了研究?jī)汕肮苤g的相互影響，使單邊的廢氣流經(jīng)消聲器，另外一邊流經(jīng)其他出口，測(cè)量管內(nèi)的震動(dòng)情況。另外，當(dāng)兩邊廢氣均流經(jīng)消聲器時(shí)，測(cè)得進(jìn)入連接處的震動(dòng)如圖11所示。兩者相比較。 圖9.排氣管1、2內(nèi)壓力波的對(duì)比 圖10.左右兩管匯合之前的震動(dòng)對(duì)比 圖11.不同輸入時(shí)，臨匯合前的震動(dòng)對(duì)比 單邊輸入廢氣時(shí)，無規(guī)律爆燃造成的管1、2內(nèi)壓力峰值間隔取決于燃燒間隔；當(dāng)廢氣兩邊輸入時(shí)，管1、2的前管內(nèi)震動(dòng)波峰值之間間隔相同。這表明，兩前管內(nèi)的震動(dòng)波疊加且沒有發(fā)生相位延遲。另一方面，即使廢氣兩邊輸入，管2的震動(dòng)波峰之間間隔也不相同。這就表明，兩前管內(nèi)的震動(dòng)波疊加發(fā)生了相位延遲。 單邊和雙邊廢氣輸入的排氣聲壓對(duì)比如圖12所示?？梢?，雙邊輸入時(shí)排氣噪聲較小。這是由于360度曲軸轉(zhuǎn)角過程中四個(gè)汽缸分別交替在180、90、180、270度點(diǎn)火，兩邊震動(dòng)波的相位相反，在連接處疊加抵消。 圖12.兩種不同的輸入下聲壓的對(duì)比 圖12表明發(fā)動(dòng)機(jī)的向下壓力對(duì)兩列波疊加抵消情況有很大的影響。 這樣的話，把排氣管2（包括排氣管、進(jìn)氣系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)主體）看作是等容一維流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過消聲器之后排氣壓力的計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果對(duì)比如圖13所示。模擬管2的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力波動(dòng)，表明流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算能模擬測(cè)量結(jié)果。 圖13.消聲器順流的壓力計(jì)算結(jié)果（距消聲器50mm處） 圖14.排氣管1、2聯(lián)合運(yùn)用1D和3D流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算的速度矢量的對(duì)比 為了分析兩前管連接處內(nèi)部的流動(dòng)情況，考慮到連接結(jié)構(gòu)和消聲器內(nèi)流動(dòng)的順逆流，把一維計(jì)算的結(jié)果看作是三維模型的邊界情況，就可以計(jì)算瞬時(shí)流動(dòng)狀態(tài)。耦合一位模型和三維模型計(jì)算出來的速度矢量如圖14所示。當(dāng)排氣管1連接處的氣流不發(fā)生相位延遲順流進(jìn)入另一排氣前管時(shí)，廢氣在管2消聲器內(nèi)堆積，使得另一前管內(nèi)震動(dòng)波的傳播和流動(dòng)順流均延遲。就是說，連接處的一定容積另一前管內(nèi)震動(dòng)波的傳播和流動(dòng)順流均延遲。排氣管1在消聲器前的震動(dòng)與管2的不相同。對(duì)管1來說，兩排氣前管在消聲器之前匯合，在消聲器之前的震動(dòng)峰值之間間隔一致；但是對(duì)管2來說，兩排氣前管不在消聲器之前匯合，在消聲器之前的震動(dòng)峰值之間間隔無規(guī)律。由于震動(dòng)在空間傳播具有滯后性。間隔小的部分峰值影響下一個(gè)峰值引起一系列波峰點(diǎn)。這些波峰點(diǎn)分別聚集在兩前管內(nèi)。曲軸每旋轉(zhuǎn)360，間隔為180、90、180、270度的不同相位的燃燒周期在左右兩邊汽缸內(nèi)交替發(fā)生，在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)引起兩組峰值，從而產(chǎn)生了發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力的波動(dòng)。 由此得出結(jié)論，經(jīng)過消聲器后發(fā)生的V8發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)初壓力波動(dòng)是由兩邊各個(gè)汽缸之間燃燒間隔無規(guī)律和震動(dòng)在消聲器內(nèi)傳播發(fā)生相位延遲所引起的。 為了證實(shí)這一結(jié)論，前文所述的把管2（當(dāng)點(diǎn)火次序改變使得左右兩邊汽缸的燃燒間隔分別完全一致時(shí)包括進(jìn)氣系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)主體）看作一維流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。 廢氣流經(jīng)消聲器之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)主要壓力不存在，圖13中同一位置的壓力波計(jì)算值如圖15所示。 圖15.兩邊燃燒間隔相等是，消聲器逆流壓力的計(jì)算結(jié)果 進(jìn)入消聲器之前的排氣前管內(nèi)的壓力計(jì)算值如圖16，可見壓力峰值之間間隔相等。 圖16. 兩邊燃燒間隔相等是，臨進(jìn)入消聲器之前壓力的計(jì)算結(jié)果 以上結(jié)果表明經(jīng)過消聲器之后，消聲器前側(cè)得的間隔相等的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)初壓力波動(dòng)峰值消失了。因此，上述機(jī)理得證。 匯合處容積與發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力波動(dòng)的相互關(guān)系 對(duì)應(yīng)兩前管連接處不同容積，聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果如圖18所示。 各試驗(yàn)樣品的兩前管和消聲器之間的連接方式不變，改變消聲器的長(zhǎng)度以改變匯合處的容積。如圖17所示，排氣管3的消聲器容積增加1/4 V（如圖17b）;排氣管4的消聲器容積增加1/2V（如圖17c） 圖17.對(duì)比不同連接容積的排氣管 曲軸旋轉(zhuǎn)720度，管1內(nèi)測(cè)得8個(gè)壓力峰值點(diǎn)。當(dāng)在排氣總管上增加消聲器的總?cè)莘e時(shí)，壓力幅值減小，從而產(chǎn)生兩組壓力峰值（發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)初壓力峰值）相應(yīng)傳播到消聲器內(nèi)。 也就是說，匯合處的容積越小，經(jīng)過消聲器之后產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力幅值越小。這表明容積越小，由于消聲器內(nèi)波的傳播延遲變小，所以引起的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力波動(dòng)就越小。 圖18.連接處容積與發(fā)動(dòng)機(jī)主要壓力波動(dòng)的關(guān)系 （測(cè)量點(diǎn)：距排氣尾管末端0.5m處） 連接形式和連接角度的影響 對(duì)比圖19所示兩連接形狀不同的排氣管。圖19a中，兩前管連接形成一定的角度；圖19b中，兩排氣前管平行連接。 圖19. 排氣管連接形式和連接角度的對(duì)比 兩中連接方式所測(cè)得的排氣聲壓如圖20所示。可見，兩者并沒有什么差異。就是說，連接角度對(duì)排氣噪聲沒有什么影響。 圖20. 排氣管連接形式和連接角度的影響（測(cè)量值） 結(jié)論 借助實(shí)驗(yàn)和仿真模擬，分析排氣管內(nèi)的壓力波，結(jié)果表明： 1.有長(zhǎng)排氣前管的V8發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)排氣管內(nèi)各處震動(dòng)波頻率是不同的。兩前管連接可以改變管內(nèi)震動(dòng)波特性，并且使得兩列波相互疊加削弱。 2.V型汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)各汽缸之間的燃燒間隔無規(guī)律性，傳播進(jìn)入左右排氣前管的震動(dòng)波峰值間隔也無規(guī)律性。當(dāng)兩排氣前管順流匯合后進(jìn)入消聲器的排氣管中，前管內(nèi)的震動(dòng)傳播到匯合處且不發(fā)生相位延遲，并且流經(jīng)消聲器之前的震動(dòng)波峰值之間間隔一致。但是，當(dāng)兩排氣前管在消聲器內(nèi)匯合，臨進(jìn)入消聲器前的震動(dòng)峰值之間間隔無規(guī)律。由于震動(dòng)傳播在空間上發(fā)生相位延遲，間隔短的那些峰值影響下一個(gè)峰值而產(chǎn)生了一系列的波峰，這些波峰聚集在各自的排氣前管內(nèi)，從而形成了發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主要壓力的波動(dòng)，這一新的波動(dòng)使得排氣噪聲更為嚴(yán)重。 3.當(dāng)排氣具有長(zhǎng)的排氣前管并且各邊汽缸之間的燃燒間隔無規(guī)律，就比如本文中提到的排氣管，震動(dòng)計(jì)算值和用流體動(dòng)力學(xué)模型表示整個(gè)進(jìn)排氣系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣流計(jì)算值可以模擬實(shí)際現(xiàn)象，也可以預(yù)測(cè)震動(dòng)和排氣噪聲。 致謝 感謝Mr.Toshiyuki Hashimoto,Kazunori Okubo 和Sumio Ogawa 有幫助的討論和指點(diǎn),也感謝Mr.Toshiyuki Hashimoto和Norihiko Konishi的實(shí)驗(yàn)工作和在理解結(jié)構(gòu)裝置上的寶貴貢獻(xiàn)。 參考資料： REFERENCES 1. 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