汽车在行驶中受到发动机和传动系的影响以及来自路面的冲击,所有零部件都会产生振动和噪声。噪声大小因汽车的类型不同而异,还与车辆的技术状况和车辆的使用情况有关。当汽车加速行驶、制动减速和在非良好路面上行驶时噪声较大。汽车噪声主要包括发动机噪声、传动系噪声、高速行驶时产生的轮胎噪声以及车体振动噪声,有时喇叭噪声和制动噪声也是汽车的主要噪声源。
1.发动机噪声
直接从发动机机体及附件向空间传播的噪声称为发动机噪声。发动机是一个包括各种不同性质噪声的综合噪声源,是汽车的主要噪声源。发动机噪声随机型、运行工况的不同而有很大差异。在相同转速下,柴油机噪声较汽油机噪声高5～10dB(A)。发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声、进气噪声、排气噪声和风扇噪声等。按照噪声的辐射方式来分类,燃烧噪声和机械噪声是通过发动机表面向外辐射的,故称为发动机表面噪声;进、排气噪声和风扇噪声则是直接向大气辐射的噪声,是空气动力噪声。
(1)燃烧噪声。
燃烧噪声是燃料在发动机的气缸内燃烧而产生的声音,指燃烧时气缸内压力急剧上升冲击活塞、连杆、曲轴、缸体及气缸盖等引起发动机壳体表面振动而辐射出来的噪声。燃烧噪声是发动机的主要噪声源。一般地,柴油机的燃烧噪声高于汽油机的燃烧噪声。
压力升高率是影响燃烧噪声的根本因素。因而,燃烧噪声主要集中在速燃期,其次是缓燃期。在使用过程中,汽油机主要是通过根据压缩比选择合适牌号的燃料、适当推迟点火提前角、及时清除燃烧室积炭来减少爆燃和表面点火的产生,即可控制燃烧噪声。柴油机控制燃烧噪声的根本措施是降低燃烧时的压力增长率。由于压力增长率取决于着火延迟期和着火延迟期内形成的可燃混合气的数量和质量,因此可以通过选用十六烷值高的燃料,合理组织喷射和选用低噪燃烧室等实现。
(2)机械噪声。
由于相互运动的零件之间存在间隙,发动机运转时零件在气体压力和机件惯性力的作用下产生撞击及周期性作用使零部件产生弹性变形导致发动机壳体表面振动所引起的噪声称为机械噪声。机械噪声主要包括活塞敲缸噪声、配气机构噪声、齿轮啮合噪声、供油系噪声、不平衡力引起的噪声等。
活塞敲缸噪声,通常是发动机最大的机械噪声源。敲缸的强度主要取决于气缸的最大爆发压力和活塞与气缸之间的间隙。控制活塞敲缸噪声的措施主要有:在满足使用与装配的前提下,尽量减少活塞与气缸之间的间隙。
配气机构噪声是由于气门开启和关闭时产生的撞击以及系统振动而形成的噪声。影响配气机构噪声的主要因素有凸轮形线、气门间隙和配气机构的刚度等。配气机构噪声的控制应从减少气门间隙、优化凸轮形线、提高配气机构刚度、减轻驱动元件质量等方面着手。
(3)进、排气噪声。
进、排气噪声是由于发动机在进、排气过程中的气体压力波动和气体流动所引起的振动而产生的噪声,按照噪声形成的机理,其都属于空气动力噪声。其中,排气噪声是仅次于发动机机体噪声的噪声源,其强弱与风扇噪声类似,有时甚至比发动机机体噪声高10～15dB (A)。进气噪声比排气噪声小,但所特有的低频成分可使车身发生共振,是产生车内噪声的原因之一。
发动机进、排气噪声包括:进、排气管中流动气流的压力脉动所产生的低、中频噪声;气流以高速流过气门的进气截面时,形成涡流,产生高频噪声;在气缸内气体产生动力振动的过程中,气门迅速关闭时,进、排气系统也会产生气体振动,并通过进排气门表面传播噪声。
进气噪声主要频率为0.05～0.5k Hz,其主要成分为低频噪声。进气噪声随转速的提高而增强。转速提高,吸入空气的流速提高,同时在进气管入口处空气脉动强度和频率随之提高。进气噪声随负荷增大而略有增加。
排气噪声的主要频率为0.05～5k Hz。对非增压发动机来说,排气噪声可高达110～120 dB(A)(距离排气口1m处)。排气噪声与发动机排量、有效功率、有效转矩、平均有效压力、排气口面积有关。
降低进、排气噪声的主要措施是使用消声效果好的消声器。由于消声器的阻抗大,会使发动机的性能恶化,因此要选用阻抗小而消声效果好的消声器。此外,在使用过程中,要注意检查进、排气系统紧固作业和接头的密封状况,以减小表面辐射噪声和漏气噪声。
(4)风扇噪声。
风扇噪声是汽车的最大噪声源之一。目前,由于车内普遍装设空调系统和排气净化装置等,使发动机罩内温度升高,冷却风扇负荷加大,风扇噪声相应增大。风扇噪声主要是空气动力噪声,它由旋转噪声和涡流噪声组成。此外,还有因风扇机械零件 (如轴承松旷等)机械振动引起的噪声。旋转噪声是由风扇旋转的叶片周期性地切割空气,引起空气的压力脉动而激发出的噪声。涡流噪声是由于风扇旋转时叶片周围产生的空气涡流而造成的。控制风扇噪声的措施有合理布置风扇与散热器之间的距离、改进叶片形状、选择能减少噪声的叶片材料等。
2.传动系噪声
传动系噪声包括变速器噪声、传动轴噪声及驱动桥噪声。其中变速器是主要噪声源。
(1)变速器噪声。
变速器噪声主要有齿轮噪声、轴承噪声、润滑油搅动噪声、发动机通过离合器传至变速器箱体的振动噪声等。在使用维修中,应注意及时更换齿面剥落、缺损、磨损严重的齿轮,防止齿轮与轴上的花键配合松旷、轴向间隙过大、轴弯曲或轴承松旷等,保证齿轮正常的啮合间隙,以减少齿轮噪声;及时更换钢珠碎裂或有疲劳麻点的轴承,消除轴承磨损严重引起的轴向或径向间隙过大和轴承内、外圈配合松动,均可以减少轴承运转噪声;润滑油黏度要合适且油量足够,及时清除变速器中的异物,经常检查紧固螺母以免松动。此外,提高齿轮加工精度,选择合适的齿轮材料,设计固有振动频率高、密封性好、隔声性强的齿轮箱等均可减少变速器噪声。
(2)传动轴噪声。
传动轴噪声是由于发动机转矩波动、变速器及驱动桥等振动输入、万向节输入和输出的转速和转矩不均衡以及传动轴本身的不平衡引起的。传动轴噪声的扩散主要有两个途径,其一是经传动轴的中间支承、变速器和后桥传至车身及其部件,引起广泛的振动和噪声;其二是直接向外辐射噪声。传动轴噪声的能量一般很小,在传动系噪声中不占主要地位。
传动轴噪声主要表现为汽车行驶中传动轴发出周期性响声,且车速越高响声越严重,甚至引起车身发生抖动、驾驶员握转向盘的手有麻木感,这是由于传动轴变形、轴承松旷及装配不良等原因造成的。因而在装配传动轴时,应注意传动轴花键槽和伸缩节的装配记号;万向节凸缘叉接合平面清洁平整;避免中间轴承装配歪斜、支架螺栓松动或松紧不一;传动轴应进行动平衡试验,使用中经常检查平衡片有无脱落,避免超速行驶,以减少不平衡现象。
(3)驱动桥噪声。
驱动桥噪声在汽车行驶时车后部发出较大的响声,且车速越高响声越大,主要是齿隙不合适、齿轮装配不当、轴承调整不当等原因造成的。在使用维修中,要注意主减速器中锥形齿轮的啮合面及间隙调整适当,保证足够的齿轮轴承预紧度及轴承座孔的同轴度等。
3.轮胎噪声
轮胎噪声包括轮胎花纹噪声、道路噪声、弹性振动噪声以及轮胎旋转时搅动空气引起的风噪声。
(1)花纹噪声。
花纹噪声在轮胎噪声中占主要地位。汽车在行驶时,因轮胎胎面花纹槽内的空气在接地时被挤压,并有规则地排出,引起周围压力变化而引起噪声。
(2)道路噪声。
轮胎花纹噪声是由胎面凹凸而引起的,而道路噪声是由于路面凹凸不平而产生的噪声。当汽车通过凸凹路面时,轮胎胎面使凹凸内的空气因受挤压和排放,类似于泵的作用而形成噪声。
轮胎花纹噪声和道路噪声都是轮胎和路面相互作用而产生的噪声。
(3)弹性振动噪声。
弹性振动噪声是由于轮胎不平衡、胎面花纹刚度变化或路面凹凸不平等原因激发轮胎振动而产生的噪声,其振动频率一般在200Hz以下。弹性振动噪声是轮胎本身的弹性引起的,由于振动频率低,不在人的听觉敏感范围内,所以影响不大。
(4)风噪声。
风噪声与路面无关,它是轮胎在前进和旋转时搅动周围空气而产生的空气振动声。
影响轮胎噪声的因素主要有轮胎花纹、车速、负荷、轮胎气压、轮胎磨损程度以及路面状况等。
轮胎噪声随车速提高而增大的原因:一是轮胎花纹内的空气容积变化速度加快,“气泵”声增大;二是胎面花纹承受的激振力增大,振动声也随之增大。
当车辆的负荷不同时,轮胎花纹的挤压作用也产生变化。随着载荷的增加,胎面花纹的变形增大,轮胎的胎肩逐渐接触地面,横向花纹便容易造成 “空腔的封闭”而使噪声增大,而对纵向花纹轮胎则影响不大。
轮胎气压增加,轮胎变形小,反之则变形增大。因此,对于齿形花纹轮胎来说,当气压高时,噪声小;而气压低时,噪声大。
对于齿形花纹轮胎,胎冠尺寸增大,花纹的接地状态产生变化,使噪声增大。当进一步磨损时,花纹逐渐磨平,槽内空气量减少,噪声降低。
路面状况对轮胎噪声的影响主要取决于路面的粗糙度和潮湿程度。随路面的粗糙度和潮湿程度的增大,其轮胎噪声随之增大。
使用中适当提高轮胎气压,可使轮胎变形减小,降低噪声。装配轮胎时应对轮胎进行动平衡试验,若不平衡会增加弹性振动,导致噪声增加。在汽车行驶过程中,应避免急起步、转弯、急制动,以减少轮胎自振噪声。
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