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转子动力噪声

时间:2022-10-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:转子不平衡啸叫主要与涡轮增压器中间体的振动量和转子的动平衡相关。此噪声类似于一种啸叫噪声,与涡轮增压器的转速同步或其谐次,这是一种窄带噪声,携带的能量少且与转速相关,然而却能在背景噪声中轻易地被分辨出来[3]。此噪声可通过同步监测涡轮增压器转速、中间体振动及噪声来进行识别,通过相关的转子不平衡指标加以控制[4]。高阶谐次噪声通常发生在使用滚动轴承的涡轮增压器中。

1.转子不平衡啸叫

转子不平衡啸叫主要与涡轮增压器中间体的振动量和转子的动平衡相关。主要是由于压气轮、涡轮、转子、轴承在加工时存在误差、装配时清洗不干净或配合不好,导致在高转速下因自身的不平衡产生扰动,引起转子的自激励振动并伴随着噪声[2]。图1-5是在压气机侧轴端测得的垂直方向上的振动量,图中Syn及2×Syn明亮射线即与同步噪声有关。此噪声类似于一种啸叫噪声,与涡轮增压器的转速同步或其谐次,这是一种窄带噪声,携带的能量少且与转速相关,然而却能在背景噪声中轻易地被分辨出来[3]。此噪声可通过同步监测涡轮增压器转速、中间体振动及噪声来进行识别,通过相关的转子不平衡指标加以控制[4]

2.油膜涡旋振荡亚同步噪声

油膜涡旋振荡亚同步噪声是由高速旋转的转子所引起的轴承油膜振荡产生的,其频率变化近似为准静态,同时低于涡轮增压器一阶转速频率[6](图1-5—图1-7)。图1-5中的Sub1,Sub2红色高亮线就与亚同步噪声有关。由此可知此噪声的频率一般在1000Hz以下并且与转子、轴承及轴承座间的油膜运动状态有关。此噪声常发生在汽车挂二至五挡任意挡位时、发动机中高负荷、转速1500~3500r/min的工况下。可通过优化轴承内外层间隙,调整供油压力和温度及轴承的轴向宽度等措施减少此类噪声。

3.高阶谐次噪声

高阶谐次噪声通常发生在使用滚动轴承(滚珠轴承或滚针轴承)的涡轮增压器中。由于滚动体与滚道间的间隙过小,使滚动轴承本身没有阻尼,需要外界的阻尼来抑制在共振频率处转子的响应幅值,同时降低滚动轴承引发的空气噪声。这时,此类涡轮增压器就需要在滚道外圈中的挤压油膜,以提供外部阻尼作用。对滚动轴承增压器而言,除了转子不平衡啸叫外,还存在多谐次频率滚动体的振动,比如2×,3×,4×等和调制旁带频率(modulation side band frequency)噪声(图1-8)。

图1-5 实验测得的在压气机轴端垂直方向上的振动量

图1-6 在轴承中间体处测得的加速度频谱

图1-7 油膜振荡亚同步噪声的阶次量

图1-8 滚珠轴承噪声频谱

在增压器轴承中间体内,由于不正确的轴承衬套安装形式,从而导致了高阶谐次噪声和旁带噪声,同时由于轴承衬套与轴承座间存在不适当的油膜阻尼,从而使高阶谐次噪声表现出多谐次频率特性。当油膜厚度较小时,诱导噪声并不能有效抑制,从而传递至轴承中间体中,然而当油膜厚度过大时,又会产生高阶谐次噪声。因此,必须系统研究油膜阻尼的建立机制,从而有效地改善滚动轴承增压器的噪声特性。

4.轴承磨损噪声

滚动轴承因磨损,比如内外滚道、保持架和滚动体的磨损导致的微小缺陷均会产生异步高频率阶次噪声和旁带噪声[1]。图1-9为角接触式球轴承的各部分结构名称及尺寸图,其轴承磨损噪声的频率可根据轴承结构参数、滚子数目和转子的转速等参数计算而得[5-6],如式(1-1)—式(1-4)所示。此外,相关轴承磨损噪声已画在图1-10中。

图1-9 角接触式滚珠轴承

基本频率(fundamental train frequency,ftf)由保持架的磨损缺陷导致,并与转子转速(RPS)有关:

当滚子通过缺陷内滚道时,会激发相应的频率(ballpassing frequency over defective innerrace,bpfi),记为bpfi频率:

当滚子通过缺陷外滚道时,会激发相应的频率(ball passing frequency over defective outerrace,bpfo),记为bpfo频率:

当滚动轴承的滚子存在缺陷时,会引发二次球旋转频率噪声(two-times ballpin frequency,2bsf),其频率为

式中 d——滚子的直径;

Dp——轴承节圆直径;

θ——滚子的接触角

Z——滚子数目;

N——增压器转子的转速,以RPS表示。

图1-10中除ftf频率是亚同步频率的外,其余bpfo,2bsf,bpfi频率都是大于一阶转速频率的,即具有超同步频率特性,并且彼此之间不存在倍数关系。

图1-10 轴承磨损缺陷相关的频率

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