【正文】 （331）換算成壓力單位，得到消聲器的壓力損失公式: （332）消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)需要綜合考慮聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)性能，最終給出消聲器結(jié)構(gòu)的合理幾何參數(shù)。評(píng)價(jià)消聲器的聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能的兩個(gè)物理量分別為傳聲損失和壓力損失，而他們的影響因素往往是相互矛盾的，即再增大傳聲損失同時(shí)，往往會(huì)伴隨著壓力損失的增大。故在消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要確定改進(jìn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和意圖，通過對(duì)原設(shè)計(jì)消聲器的性能分析，比較消聲器的傳聲損失和相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲頻譜特性的匹配程度，即是否滿足排氣噪聲較大的頻率對(duì)應(yīng)的消聲器的傳聲損失，找到原設(shè)計(jì)消聲器的不足之處，有方向的進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，消聲器改進(jìn)方法不同：若要滿足消聲器的安裝空間限制要求，則可以在消聲器其他性能變化不大的前提下改變消聲器的截面形狀；若要改善抗性消聲器消聲量的頻率特性，則可以在擴(kuò)張腔內(nèi)做吸聲層、錯(cuò)開內(nèi)接插入管形成迷路型式、合理調(diào)整各擴(kuò)張腔的長度甚至有效體積、將阻性消聲同抗性消聲結(jié)合在一起形成阻抗復(fù)合式消聲器等；若要改善消聲器的空氣動(dòng)力性能，則可以在插入管端增加導(dǎo)流環(huán)結(jié)構(gòu)或是將抗性消聲器內(nèi)管不連續(xù)段用穿孔率大于 25%（孔徑直徑可取 4 到 10mm）的穿孔管，這樣既可以保持原有的消聲性能，又可大大減小壓力損失。第4章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì)本文針對(duì)設(shè)計(jì)的汽車排氣系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)：6缸， 排量，怠速轉(zhuǎn)速為700rpm,額定轉(zhuǎn)速為2500rpm；標(biāo)定排氣溫度1200K；排氣總管直徑90mm。 有汽車排氣系統(tǒng)的要求，本文確定，本文選用抗性消聲器結(jié)構(gòu)。其主要參數(shù)包括：消聲器容積、進(jìn)氣管直徑、出氣管直徑、消聲器擴(kuò)張比、消聲器腔數(shù)、消聲器各腔長度、消聲器內(nèi)插管的布置方式及其長度、截面形狀等。本章根據(jù)第三章介紹的方法依次確定消聲器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 排氣消聲器進(jìn)、出氣管內(nèi)徑、的確定發(fā)動(dòng)機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，消聲器進(jìn)氣平均流速初步選擇V=80m/s由公式（32）和（33）得到消聲器進(jìn)、出氣管直徑=,=，故初步確定消聲器進(jìn)、出氣管直徑分別為110mm,78mm。 消聲器容積及截面形狀的確定根據(jù)美國Ne1Son公司推薦的經(jīng)驗(yàn)公式（35），取Q=5采用上述公式計(jì)算的到：V=。根據(jù)頻率較高時(shí)，由高次諧波的影響，在擴(kuò)張比相同的條件下，不同截面形狀的消聲器的性能是不一樣的，且在各種不同的截面形狀中，截面為圓形的消聲器性能最優(yōu)。在截面積相同的條件下，消聲器越是扁平，其性能越差。故截面形狀初步選擇圓形截面。 消聲器外形尺寸L和D以及消聲器腔數(shù)n的確定取膨脹腔的預(yù)期最大消聲量根據(jù)公式（38）計(jì)算得到m=，選定容積，實(shí)際上就已確定了消聲器的長度。由公式（310）計(jì)算得到L=423mm。消聲器的縱橫比L/D=~5,對(duì)于直通式消聲器,L/D=6~8，且在取值范圍中間，說明消聲量，及消聲頻率范圍都比較式中，及高、低頻都有一定的消聲量，中頻消聲效果最佳。根據(jù)本消聲器的預(yù)期消聲量為 20dB，選擇 B 類消聲器，消聲器腔數(shù)n確定為3腔。由公式（312）計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)不同的常用轉(zhuǎn)速下中、： 不同的常用轉(zhuǎn)速下頻率分布 倍頻數(shù)轉(zhuǎn)速（rpm） 1 2 3 4 5 6 7 8100050100150200250300350400200010020030040050060070080030001503004506007509001050120040002004006008001000120014001600500025050075010001250150017502000 由于本文中內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速2500rpm大于2000rpm,第一腔長度L1主要應(yīng)考慮中低頻成分中最突出的噪聲頻率。故應(yīng)分析直管排氣噪聲頻譜，以合理分配各腔對(duì)應(yīng)的中心頻率值，再由公式（313）和（314）確定各腔的長度，使整個(gè)噪聲頻段內(nèi)都有一定的消聲。由于發(fā)動(dòng)機(jī)主要是為了滿足車外加速噪聲試驗(yàn)要求，因此計(jì)算轉(zhuǎn)速主要針對(duì)車外加速噪聲試驗(yàn)的出線轉(zhuǎn)速的工況。根據(jù)國標(biāo)《汽車加速行駛車外噪聲測(cè)量》要求由公式（41）得到車外加速出線時(shí)轉(zhuǎn)速在15002500rpm，取n=2000rpm。 （41）發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲分析同時(shí)還應(yīng)考慮到怠速工況700rpm,額定工況2500rpm兩個(gè)特定工況下的噪聲分布情況。故本文計(jì)算了怠速工況700rpm,額定工況2500rpm以及車外加速出現(xiàn)時(shí)的工況2000rpm下的頻率分布。 表42 不同特定工況下低頻脈動(dòng)噪聲的頻率分布 倍頻數(shù)轉(zhuǎn)速（rpm） 1 2 3 4 5 6 7 87003570105140175210245280250012525037550062575087510002000100200300400500600700800 根據(jù)車外加速噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)確定消聲器各腔的中心消聲頻率，由于車外加速出線轉(zhuǎn)速2500rpm為高速工況，故認(rèn)為3倍頻的頻率主要突出噪聲頻率。取4倍頻（500）Hz為第一腔的中心消聲頻率，由公式（313），（314）得到L1=212mm。為了實(shí)現(xiàn)消除低、中、高頻噪聲的全頻消聲效果，在第一腔長度L1確定后,可相繼確定L2，L3計(jì)算結(jié)果：L2=106，L3=53。消聲器的各腔長度之和L=L1+L2+L3=371mm小于由消聲器容積和擴(kuò)張比確定的消聲器外形尺寸L=423mm，故滿足設(shè)計(jì)要求。因此可以最終確定 m=，D=264mm，L1=212mm,L2=106,L3=53。消聲器各結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，根據(jù)公式（315）和（316）求得：。 消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值消聲器腔數(shù)n：3消聲器截面積S：108420消聲器擴(kuò)張比m：消聲器各腔長度：上限失效頻率：5005Hz下限失效頻率：62Hz 截面形狀為圓形消聲器擴(kuò)張腔直徑D：264mm 內(nèi)插管布置方式及長度確定中心對(duì)正插入管的性能較差，且插入深度越大，阻力系數(shù)越大。故為了避免消聲器出現(xiàn)通過頻率的缺點(diǎn)，使氣流在消聲器內(nèi)得到充分的膨脹，實(shí)現(xiàn)較好的消聲性能本消聲器設(shè)計(jì)中采用錯(cuò)開式內(nèi)插管。本文設(shè)計(jì)的消聲器各腔通過插入管連接，且為了消除擴(kuò)張腔的通過頻率,插入管的長度分別為各腔長度的1/4和1/。具體插入管長度分布為：進(jìn)氣管插入第二腔的1/4，中間連接管分別插入第一腔的1/2和第二腔的1/4出氣管插入第一腔的1/4。本文設(shè)計(jì)的消聲器結(jié)構(gòu)模型采用共振腔結(jié)構(gòu)降低基頻噪聲，擴(kuò)張腔結(jié)構(gòu)降中、低倍頻噪聲；對(duì)于部分高頻噪聲可通過在消聲器內(nèi)部添加吸聲材料來降低。但本文中未涉及帶吸聲材料的阻性消聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),故未打孔和填充吸聲材料。由 41節(jié)確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)可初步確定消聲器的結(jié)構(gòu)，如消聲器的模型結(jié)構(gòu)圖 41所示。 圖41 消聲器的3D結(jié)構(gòu)模型圖有以上分析可得，本文設(shè)計(jì)的消聲器能滿足本課題預(yù)定的消聲效果，故確定其為最終設(shè)計(jì)方案。在根據(jù)消聲器的加工工以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，參考其他消聲器，得到實(shí)際的消聲器結(jié)構(gòu)，如消聲器裝配圖42所示。 圖 42 消聲器裝配圖34結(jié)　論該論文首先對(duì)排氣系統(tǒng)的總成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了闡述和分析，分析總結(jié)了與其關(guān)鍵部分消聲器有關(guān)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方法，探討了噪聲的發(fā)生機(jī)理、影響因素及其控制方法。然后應(yīng)用基于一維聲學(xué)理論的消聲器設(shè)計(jì)方法，針對(duì)宇通客車ZK6752H發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款消聲器?，F(xiàn)由全文，總結(jié)如下兩點(diǎn)：1) 首先對(duì)滿足一維平面波理論假設(shè)的簡(jiǎn)單擴(kuò)張腔進(jìn)行傳聲損失分析，有限元分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果一致，說明本文中消聲器建模方法及模型邊界條件正確。2) 分別應(yīng)用了理論計(jì)算法和傳統(tǒng)的壓力損失計(jì)算的方法對(duì)簡(jiǎn)單擴(kuò)張腔進(jìn)行的空氣動(dòng)力性進(jìn)行了分析， 然后應(yīng)用基于一維聲學(xué)理論的消聲器設(shè)計(jì)方法，針對(duì)某排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款消聲器，并分析預(yù)測(cè)其消聲性能和空氣動(dòng)力性。通過對(duì)它的各種驗(yàn)證，得其能滿足設(shè)計(jì)要求，并最終確定。 由于時(shí)間和本人理論分析能力的有限，以及客觀原因的影響，本文還存在很多不足之處，主要表現(xiàn)為： 1）在對(duì)消聲器空氣動(dòng)力性分析計(jì)算時(shí)，由于水平有限，未進(jìn)行CFD的模擬分析，使得對(duì)空氣動(dòng)力性的分析缺少更加充分的說明；2）建立聲場(chǎng)和流場(chǎng)分析有限元模型時(shí)，未考慮消聲器壁厚，計(jì)算結(jié)果必然會(huì)帶來一定的計(jì)算誤差； 3）消聲器的模擬計(jì)算中，沒有考慮壁面振動(dòng)對(duì)消聲性能的影響和壁面振動(dòng)對(duì)外輻射噪聲的影響，這必然也會(huì)帶來一定的計(jì)算誤差。35謝 辭 本文是在我的指導(dǎo)老師趙海軍博士的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)中，趙海軍老師都給予了莫大的支持與幫助。在課題分析和資料搜集過程中，趙老師耐心指導(dǎo)，花費(fèi)了老師的大量寶貴時(shí)間和精力，在此向趙老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意。在這里，我還要感謝在我大學(xué)三年里教過我的所有老師，是你們讓我懂得了做人，學(xué)到了專業(yè)內(nèi)外的知識(shí)。在此，一并深表感謝。還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的各位同學(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，在此表示深深的謝意。由于我的專業(yè)水平有限，所設(shè)計(jì)的圖紙和論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)和指正！ 作者：裴璞斌 2012年5月25日參考文獻(xiàn)[1] .[2] （發(fā)動(dòng)機(jī)部分）.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008.[3] 戈秀龍，2:PI5 .[4] :科學(xué)出版社,2004.[5] 胡仁喜．精通 UG 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007 .[6] 潘甫生. : 重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文, .[7] 李增剛. 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