船舶柴油机振动噪声及废气排放考试
ll第二章船舶振声激励源
柴油机激励力：①运动部件上的惯性力形成的不平衡力和力矩，其主频率是低谐次的。②气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩，其频率是高谐次的。
螺旋桨激励力：①螺旋桨回转时作用在它附近的船体表面上的变动水压力，称为脉动压力。它是沿船体表面进行积分得到的，又称表面力。②作用于桨叶上的变动流体力所激起的激励，通过轴系、轴承传给船体，又称轴承力。
载荷效应:随着螺旋桨的旋转，桨叶周期性地时而接近该点，时而远离该点。因此由涡引起该点压力也相应地时大时小周期性地变化，这是产生脉动压力的起因之一；因为涡强度和螺旋桨载荷有关，则称这部分脉动压力为载荷效应。
叶厚效应：圆柱体在流场中运动，流场中某一点P处所受压力必将随着圆柱接近和远离该点而发生周期性变化的效应。
小结：载荷效应和螺旋桨的负荷有关，即与螺旋桨的推力和扭矩有关；而叶厚效应则与螺旋桨的几何尺寸，主要是螺旋桨叶的厚度有关。脉动压力的主要频率成为螺旋桨叶频和叶频的整数倍，其大小主要取决于桨叶的几何要素、船体尾部的线型、伴流特性、桨轴转速、功率、螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙，以及螺旋桨的叶数等。最主要的影响因素：梢系的大小及螺旋桨的叶片数。梢系↑，脉动压力↓，梢系到一定大小，脉压减小变化很少。螺旋桨叶数↑，脉动压力↓。（表面力、轴承力计算无）
波浪激励源: ①轻载状态时船首底部出水后再入水产生的冲击②满载状态时船首甲板上的冲击③船首部外夹板的外源波浪的冲击。这种冲击引起的船体瞬态响应主要是二节点衰减振动，与风浪的大小、船舶航速、航向及首吃水有关，称为冲荡。
波激振动：在风浪不大的海洋中航行时，船体经常发出持续的垂向二节点振动，形成尾部上层建筑十分剧烈的纵向振动，这种振动是由波浪产生的非冲击准定常激励力引起的，常称为波激振动。（回转激励力：、轴系激励力：轴系自身的质量偏心、联轴节安装不良、排气压力波、舵）
过度振动的后果：①使船员和旅客极度不适，容易疲劳和损害健康，使机器和仪表工作失常，寿命缩短，甚至失灵损害②使高压力区的船体结构等出现裂缝或疲劳破坏③引起噪声，影响人员工作和健康以及舰船作战性能和潜藏隐蔽性
第三章船舶机械及控制
1．船舶机械有害振动的控制措施：防振和减振两种，防振是在船体设计阶段考虑到振动的容许标准而采取降低振动的措施；减振是在船舶使用阶段使营运船舶的振动下降到容许标准。
2.防振减振基本原理：⑴避免共振：改变固有频率或激励频率；⑵减小激励力；⑶减小振动的传递
3. 减小激励力：对于存在外部不平衡力或不平衡力矩的柴油机，加装平衡装置和平衡器来减小激励力和激励力矩。平衡补偿装置是使偏心质量以和主机激振频率相同的转速旋转，产生补偿力或力矩以抵消柴油机不平衡力，减少它们对振动的影响。有离心力平衡重、平衡轴系、电动平衡器来抵消柴油机不平衡力。按平衡激励形式有：一次力矩平衡器、二次力矩平衡器、组合式平衡器。按运转驱动形式可分为：电动机驱动（电动平衡器）、由曲轴驱动直接附装在主机上。
4.隔振器：在机座下部装设，使主要用于副机。目前国内常用的减振器有：⑴橡胶减振器：结构简单、有较好的隔声、缓冲和减振效果，但易老化。⑵金属弹簧减振器：性能稳定，但内阻小、高频震动及声振动的隔绝性能差。
5．防振支撑：针对长冲程和超长冲程主机的，有3种：机械式支撑、摩擦式支撑、液压式
支撑
6. 螺旋桨振动控制：改善伴流、改进螺旋桨设计、减小激励传递。
7.改善伴流：①尾部设计根据船模试验，单桨船U型尾的轴向伴流较V型尾均匀。球型尾和开式尾间隙大，伴流变化小，脉动压力小，推力系数较高。用尾垂线前0.1L（L为船长）处的船体横剖面的形状参数
τ=a/b来判别U型和V型，它表示船体剖面在水线处的斜率。U型尾可明显改善伴流；单桨船采用U型尾或球型尾；双桨船采用V型尾。
②加装尾鳍V型与U型的差别仅在于缺少阴影部分，以两个三角形构架充实该部分也能起到上述特征的作用，实现由V向U的转化。恰当设计这种构架在横向和纵向的形状和尺寸，便是所谓的导流鳍。水滴型导流帽（舵上）：改善螺旋桨去流的不均匀性；导流鳍：起整流作用，使伴流场均匀；③控制去倒角：去流角是船体纵剖面与后体水线之间的夹角，增加去流角会导致平均伴流和船舶阻力增高，从而使螺旋桨的载荷加大。单桨船去流角<200。否则，在水流与船体间形成死水区。
9.改进螺旋桨设计：①叶数：螺旋桨的设计应该尽量避免空泡。在无空泡的情况下，螺旋桨所激励起的表面力的大小，随页数的增加而减少。所以从减振角度出发，应尽可能地选用多叶螺旋桨。但随着叶数的增多，推进效率有可能降低。叶数的增加还可能引起上层建筑结构的共振。此外，叶数还须与柴油机的缸数相匹配，如八缸四冲程柴油机不宜用四叶桨。故叶数的选择必须全面考虑（叶片数↑，→表面力↓、→推进效率↓、→引起高频激励）。②侧斜螺旋桨：大侧斜螺旋桨可以减小螺旋桨轴承力和表面力；③卸载螺旋桨：适当减小桨叶梢部和毂部的载荷，即采用卸载螺旋桨，可以有效地减小螺旋桨激励力。采用某些形式的特种螺旋桨，如导管螺旋桨，对转螺旋桨、串列螺旋桨也起一定的减振作用。喷水推进可提高桨盘面伴流的均匀度，与同类船型相比，尾振较小。串列螺旋桨则可解决激励，从而减小船体的振动，实船测试也证明其减振效果良好。
10.减小激励传递：①调整间隙：间隙适当增大，表面力减小，螺旋桨激励适当改善。②设置避振穴利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉冲压力，减少激励；
或设凹穴，填以海绵、橡胶。通常取开孔面积为D×D，其中纵向开孔尺寸不要小于0.7D。避振穴的主要作用是利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉动压力，以减小对船体的激励。在螺旋桨上方船壳板上设凹穴，填以海绵、橡胶等弹性物，其外表可与船壳构成一光顺曲面或略向内凹（也称钟形避振穴）以增加梢隙。
11. 设备的隔振：隔震是在振源与结构之间装设减振装置，减少振动传递。隔振器类型：⑴橡胶隔振器：橡胶隔振器可用天然橡胶或合成橡胶，其特点是结构简单、三向刚度可通过结构予以调整，但对环境要求高、寿命有限。⑵橡胶隔振垫：
橡胶隔振垫是一种表面有不同凸起的橡胶板，具有弹性,故有隔振功能。结构简单，对环境要求高；使用温度范围是-5～50℃。⑶金属弹簧隔振器：不受温度影响，适用温度范围宽，对环境影响不敏感，寿命长。较低的固有频率，但阻尼小；⑷钢丝网隔振器：一组特殊压制的钢丝网；其阻尼是由于隔振器变形时在钢丝之间产生摩擦形成的，具有库仑阻尼性质，使共振响应降低。⑸钢丝绳隔振器：一种新型的纯金属隔振器。弹簧元件用不锈钢钢丝绳绕成，绳圈的上下两面用夹板夹住，夹板就作为隔振器上下的安装平面，具有库仑性质。⑹隔振吊架：吊架可用金属作弹性元件，也可用橡胶或钢丝网垫作阻尼元件。在管路和船体结构之间应用隔振吊架联接，对于高温介质的管路应选用金属型吊架。
12. 隔振设计
⑴确定隔振对象的激励力频率fc
主动隔振：取隔振对象的最低激振力频率，对平衡性良好的柴油机、电动机、发电机等可取标定转速。
被动隔振:船上激振力频率范围较广，应根据隔振对象安装处所的隔振要求及所遇干扰的特性综合分析决定。
⑵确定隔振器刚度
为获得满意的隔振效果，首先按沿垂向即Z轴方向平移的系统固有频率
f=fe/(3--5),确定沿Z轴的减振器总刚度K
每只隔振器的Z向刚度k
P隔振对象重量（kg）；fc最低激振力频率（Hz）；f系统固有频率（Hz）；
n隔振器个数；g重力加速度，9.8（m/s2）。
⑶选择隔振器型号
隔振器类型、数量和安装位置应视隔振对象的特点而定，类型可查产品目录，数量用下式确定
（4-3）
式中，G----隔振器上方的设备质量，kg；
P----一个隔振器的额定静载荷，N。
⑷预估隔振对象的重心位置
按各隔振器的变形一致并应使每只隔振器在X、Y、Z三个方向的刚度对隔振对象的力矩为零确定隔振器的布置。
⑸验算共振频率
验算共振系统的六个固有频率及隔振效率。若有某一方向达不到满意的隔振效果，则应重新布置隔振器，重复3--5个步骤。
由于作用于隔振系统的周期性激振力的频谱分布于较宽的频率范围内，为保证较高的隔振效率，隔振系统的六个固有频率，或至少那些在共振时能导致不良后果的频率，应力求彼此相等或接近。
⑹绘制隔振布置和安装图
凡与隔振对象联接的管路、轴系均应有足够柔度的柔性接头。不够软的柔性接头将增加共振系统的刚度，降低共振效率，并且可能使这些联接本身产生激烈振动，甚至断裂。
第四章轴系扭振及控制
1.船舶轴系振动类型：扭转振动、横向振动、纵向振动
2.扭转设计：①计算自振频率以避免减振②计算振幅以求得振动产生的附加应力，从而检验是否超过许用值。
3．单质量系统：只考虑螺旋桨质量，其他质量都不考虑；双质量系统：将螺旋桨作为一个质量，将主机和飞轮等作为另一个质量；三质量系统：将螺旋桨作为一个质量，将主机和飞轮作为另外两个质量。
4.激励力矩：引起轴系振动的原动力，是柴油机中气缸压力变化、活塞连杆机构惯性力以及其他接受功率的部件（如螺旋桨、发电机、压气机等）形成不均匀干扰扭矩而产生的。
5.振幅计算:放大系数法----将激励力矩作为静力作用在系统上，从而求出一个所谓的平衡振幅（也称静振幅），实际振幅为放大系数乘以平衡振幅。放大系数与系统中的阻尼成反比例，阻尼大放大系数小，系统中不同阻尼的部件就有不同的放大系数。
6.轴系扭振控制措施：简单回避法、调整频率法（改变刚度K、改变转动惯量J）、降低激励力矩法。
第五章噪声及控制理论
1.声波：声源的机械振动通过周围介质向四周由近及远的传播。按波阵面的形状不同可将声
波分为平面波、球面波和柱面波等。空气声：声音在空气中传播的波动形式。固体声或结构声：声音在固体中传播的波动形式。水声：声音在液体中传播的波动形式。
2.声压：有声波时，介质中的压强超过静压力的值，Pa。
3.噪声：从物理观点看，噪声是指声强和频率的变化都“无规律”地组合在一起的声音。广义的讲，凡是人们不需要的声音都可看做是噪声。按起源不同分，有：空气性噪声、机械性噪声和电磁性噪声。按噪声的传播途径分，有：空气噪声、水噪声和固体（结构）噪声。通常人们用声压级、声强级、声功率级以及频率等物理量作为噪声的物理参数。
4．声压级：国际上统一规定，把人耳能听到的频率为1000Hz的声压（2
x105Pa）定为）0dB，声压级的数学表达式。Lp=20Lg（P/P0）
5.噪声的危害：对睡眠的影响（大约40dB（A）以下的噪声影响很小；55dB（A）的噪声比较严重（睡眠回转30%，突然惊醒50%）；若经常受到噪声的干扰，就可能因睡眠不足引起头晕、头痛、神经衰弱等症）、对言语交谈的影响、对听力的影响（80dB以下不致引起耳聋，但95dB(A)就比较严重，发病率近于30%）、
对工作的影响。
6.响度：反映人耳对声音轻与响的主观尺度，单位为宋。一般说来，声压级越高，声音越响，但人耳对不同频率的声音感觉不一样。
7.A声级：A网络取40方等响曲线倒立形状，代表了人耳对频率的计权。A声级越高，噪声对人耳的损伤越严重。
第六章船舶噪声和控制
1. 机舱的噪声级是由各个机械设备产生的噪声决定的，具体的讲：①机械设备附近的噪声级主要由他直接辐射的空气噪声控制的。②离机械设备一定距离的噪声级主要由舱室壁反射的空气噪声控制的，取决于机舱的混响时间。③④⑤⑥⑦⑧相邻舱室中噪声级一般的讲，主要由机械设备传递的结构噪声决定，同时亦与透射过舱壁的空气噪声有关。
2. 降低和控制噪声基本方法：声源噪声的控制；传播途径的噪声控制；接收器噪声防护设备的使用以保护人耳。应尽可能选用低噪声的机电设备。机舱合理布置、采用集控室、戴耳罩。降噪措施：隔声、吸声、隔振、吸振。
3. 根据噪声传播的方法，一般可分为空气声与固体声，因而隔声技术可分为空气声和固体声的隔绝两大类。在船舶噪声控制中，常采用刚性的即不吸声的材料，如钢板，铝板等进行隔声，有时为了提高隔音效果，可采用双层壁（中间加空气层或吸声材料层），对噪声源可采用隔声罩和隔声室等措施。
4. 吸声形式：①多孔吸声材料：表面有孔，材料内部多孔，孔孔相通。②薄板振动吸声结构：低频吸声性能较好，但吸声频带窄、吸声系数不高。③共振吸声器：选择性高、吸声频带窄、吸收单调声音。④穿孔板组合共振吸声器：中频吸声性能较好，其中微穿孔板的吸频系数和宽带比一般穿孔板好，适用于高速气流或高温条件。⑤特殊吸声结构：空间吸声体、吸声尖劈等
5. 吸振：在金属薄板上涂贴阻尼材料，以抑制其振动，减少结构声的传播。吸振类型：①刚性吸振涂层：刚性吸振涂层是在变化的板上敷设一层硬塑料、沥青化的纤维油毛毡等。振动能量是依靠这吸振层的拉伸或压缩变形而被吸收的。②柔性吸振涂层：柔性吸振涂层就是在板上敷设一层沿厚度方向很容易压缩的粘弹性材料。当弹性波沿粘弹性材料厚度方向传播时，涂层便产生变形而使能量得以消耗。③约束吸振涂层：约束吸振涂层是在粘弹性涂层的外面加上一层薄金属板或其它比涂层“硬”的材料。这种结构形式像古代军人身上铠甲似的，所以又称为铠装型或加强性吸振涂层。④三明治（夹心板）：夹心板即工业上所用的三明治板。它是一种吸振结构的材料，可用于制造船舶的隔声罩、轻型舱壁和其它轻载荷的船体结构。
6. 吸振涂层的敷设原则：①涂层应敷设在与振源直接连接的结构和有振源的舱室里；②涂层应敷设在从振源向观察点传播震动的所有途径上；③涂层应敷设在振幅最大的围壁上；④在杆状结构（管子，支柱等）上使用柔性涂层效果较好，在中空结构（基础的框架，空心支柱等）中用沙粒或其他散沙粒状的阻振材料填充较为合理。
7. 消声器：①阻性消声器：利用敷设在消声器内表面的多孔吸声材料来吸收声能。对中高频噪声吸收能力强，应用广泛。能在较宽的中高频范围内消声，特别对刺耳的高频噪声有突出的消声作用。缺点是在高温带水蒸汽以及对吸声材料有侵蚀作用的气体中，使用寿命较短，低频噪声消声效果较差。注意：增加消声通道长度或缩小通道截面积，可提高消声量；有高频失效现象，此时可采用片式、蜂窝式、折板式、弯头式消声器等以保持高频消声效果；高温水蒸汽对吸声材料有侵蚀作用，通常只用于柴油机进气消声。②抗性消声器：抗性消声器具有良好的消除低、中频噪声的性能，常用的有扩张室消声器和共振腔消声器两大类。它是利用管道的截面积突变引起的声阻抗变化，使声波反射回去；或改变扩张室和内接管的长度，使声波与反射波形成1800相位差，发生干涉、互相抵消。如：扩张室消声器、共振腔消声器。能在高温、高速、脉动气流下工作，通用于柴油机排气管。③复合式消声器：在工程实践上常采用阻抗复合式消声器，它往往把抗性部分放在前面，阻性部分放在后面或者两者结合在一起。另有一种用微穿孔板吸声结构制成的微穿孔板消声器，比一般的抗性消声器频率特性好得多。在船舶上还有一个消声器的最佳布置位置问题，一般将消声器布置在离排气管末端1/4管长处。对于船舶轮机部船员，如机舱噪声较强，为了保护健康，建议采取耳塞，耳罩，帽盔，防声棉。
第七章柴油机废气排放及控制
1.排放物分类：无害排放物（N2、O2、CO2、水蒸气），有害排放物（CO、HC、NOX、SO2及微粒）。
2. 我国船用柴油机排放标准:当平均有效压力pe>300kPa，燃油消耗率ge≤214g/(kW·h)时，NOx限值为29g/(kW·h)；在燃油消耗率ge=214g/(kW·h)～268g/(kW·h)时，NOx限值为25g/(kW·h) ～14g/(kW·h);在燃油消耗率ge>268g/(kW·h)时，NOx限值为11g/(kW·h)。
3.国际海事组织排放限值:《MARPLO73/78公约》中有关船舶造成大气污染的新附则中的规定，对船舶主机排放限制更为苛刻。其对排放限制主要有两点：其一，有关NOx限值，低速机(n<130 r/min)为17g/( kW·h)；中速机(n=130～2000 r/min)为17～9.84g/(kW·h)；高速机(n>2000 r/min)为9.84g/(kW·h)。其二，有关SO2限值，限制使用的燃油硫分不大于1.5%。其中，瑞典，加利福尼亚。如果不符合IMO规则，就可能会以增加港口使用费的手段加以控制。
4.微粒排放物（炭烟粒子）:（1）混合气中，C/O>烟界度时，炭烟生成；（2）较高的绝热火焰温度，炭烟增多；（3）湍流扩散速度大，炭烟减少；（4）分隔式柴油机低于直喷式柴油机。
5.排放影响因素:1. 可燃混合气质量:雾化细、混合和蒸发速度高，油耗率、炭烟、CO、未然烃↓，→，NO↑。不正常喷射，→未然烃↑、CO↑、炭烟↑。
2. 喷油定时:推迟喷油，→NO↓→未燃烃↑，排烟↑;
3. 燃烧室结构:分隔式的NOx <直喷式的NOx，但油耗率增加。
4. 进气状态: 进气温度↑，→NO↑,→未燃烃↓。
5. 负荷和转速（空燃比）：柴油机负荷增大，→NO↑，→CO两头高，中间低→，未燃烃↓，→炭烟↑。
6.控制措施：（1）机内净化途径：1. 推迟喷油并提高喷油速度；2. 增压加中冷；3. 低污染燃烧系统；4. 最佳喷油、配油定时，改进喷油器结构；5. 采用电子技术：配气定时、进气旋流、喷油定时（2）前处理技术：1.废气再循环（EGR）：热循环、冷循环；2.燃油掺水：进气管喷水、乳化柴油、分层喷射（SFWI）；3.加燃油添加剂：钡盐消烟添加剂、二茂铁消烟添加剂、铜添加剂；4. 燃料改质：增加柴油中烷烃含量、燃料去硫处理、采用代用燃料（醇类燃料（酒精），主要用于汽油机，与柴油掺混；天然气（甲烷），但功率有所下降；沼
气（甲烷））（3）排气后处理:1.催化净化法:铂蜂窝催化剂、废气净化装置、催化消声净化器、选择性催化还原法（SCR）；2.废气洗涤法：水洗箱法、喷水洗涤法；3.微粒净化法：高频感应加热器、陶瓷微粒捕集器、稀释器净化法、文氏管净化法、再燃烧法（后燃器）、综合净化法。
船舶柴油机的分类
基础知识No Responses ? 二122011 柴油机自1897年问世以来，经过一个世纪的发展，其技术已经取得了很大进步并更趋完善，在动力机械中已占据极为重要的地位。在船舶动力中也占统治地位。目前，在所有的内河及沿海中、小型船舶中，都采用柴油机作为主机和辅机；在远洋民用船舶中，在2000t以上的船舶中，以柴油机作为主机的船舶占总艘数的98%以上，占总功率的96%以上。 一、柴油机的优点 柴油机能在动力机械以及船舶动力装置中占据极为重要的地位，是因为它具有许多优越的条件。与其它热机相比，它具有如下优点： （1）热效率高。大型低速柴油机的有效效率已达到50％～53％，远远高于其他热机；而且柴油机在全工况范围内的热效率都较其它热机高。热效率高，也就是燃料消耗量小；柴油机又能燃用重油，甚至劣质重油；而且柴油机在停车状态时不需要消耗燃料。故燃料费用低，船舶的续航力大。 （2）功率范围大。柴油机的单机功率自1至80080kW，因此其适应的领域宽广。 （3）机动性好。正常起动只需3～5s，并能很快达到全负荷。有宽广的转速和负荷范围，能适应船舶航行的各种要求，而且操作简便。 （4）尺寸小，重量轻。柴油机不需要锅炉等大型附属设备，使柴油机动力装置的尺寸小、重量轻，特别适合于在交通运输等动力装置中应用。 （5）可直接反转。柴油机可设计成直接反转的换向柴油机，而且倒车性能好，使装置结构简单。 二、柴油机的类型 由于柴油机的应用广泛，因此，为满足各种不同的使用要求，柴油机的类型也就多种多样。根据柴油机的各种不同特点以及不同的分类方法，船舶柴油机大体上有以下类型： （1）按工作循环分类。有四冲程柴油机和二冲程柴油机。 （2）按进气方式分类。有增压柴油机和非增压柴油机。 （3）按曲轴转速分类。有高速、中速和低速柴油机。 高速柴油机：n>1000r/min；中速柴油机：n=300～1000r/min；低速柴油机：n<300r/min。
汽车发动机振动噪声测试实用标准系统
附件1 汽车发动机振动噪声测试系统 1用途及基本要求： 该设备主要用于教学和科研中的振动和噪声测量，要求能够测量试验对象的振动噪声特性（频率、阶次、声强等），能对试验数据进行综合分析。该产品的生产厂应具有多年振动噪声行业从业经验，有较高的知名度和影响力。系统软件和硬件应该为成熟的模块化设计，同时具有很强的扩展能力，能保证将来软件和硬件同时升级。 2设备技术要求及参数 2.1设备系统配置 2.1.1数据采集系统一套； 2.1.2数据测试分析软件一套； 2.1.3传声器 2个； 2.1.4加速度计 2个； 2.1.5声强探头 1套； 2.1.6声级校准器 1个； 2.1.7笔记本电脑一台 2.2数据采集、控制系统技术要求 2.2.1主机箱一个；供电采用9～36V直流和 200～240V交流； 2.2.2便携式采集前端，适用于实验室及现场环境； 2.2.3整机消耗功率<150W； 2.2.4工作环境温度：-10?C ～50?C； 2.2.5中文或英文WindowsXP下运行，操作主机采用笔记本电脑； 2.2.6输入通道数：4个以上，其中2个200V极化电压输入通道、不少一个转速输入通道； 2.2.7输入通道拥有Dyn-X技术，动态围160dB； 2.2.8每通道最高采样频率：≥65.5kHz，最大分析带宽：≥25.6kHz； 2.2.9系统留有扩充板插槽，根据需要可以进一步扩充；数据采集前端可同时连接多种形式传感器,包括加速度计、转速探头、传声器、声强探头等； 2.2.10系统具有堆叠和分拆能力，多个小系统可组成多通道大系统进行测量。大系统可分拆成多个小系统独立运行； 2.2.11采集前端的数据传输具备二种方式之一：①通过10/100M自适应以太网传输至PC； ②通过无线通讯以太网技术传输至PC，通信距离在100米以上。使测量过程更为灵活方便，方便硬件通道和计算机系统扩展升级；
船舶柴油机知识点梳理
上止点（T.D.C）是活塞在气缸中运动的最上端位置。 下止点（B.D.C）同上理。 行程（S）指活塞上止点到下止点的直线距离，是曲轴曲柄半径的两倍。 缸径（D）气缸内径。 气缸余隙容积（Vc）、气缸工作容积（Vs），气缸总容积（Va）、余隙高度（顶隙）。 柴油机理论循环（混合加热循环）：绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。混合加热循环理论热效率的相关因素：压缩比ε、压力升高比λ、绝热指数k（正相关）、初期膨胀比ρ（负相关）。 实际循环的差异：工质的影响（成分、比热、分子数变化，高温分解）、汽缸壁的传热损失、换气损失（膨胀损失功、泵气功）、燃烧损失（后燃和不完全燃烧）、泄漏损失（0.2%，气阀处可以防止，活塞环处无法避免）、其他损失。 活塞的四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。 柴油机工作过程：进气、压缩、混合气形成、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。 四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，开启持续角均大于180°CA（曲轴转角）。气阀定时：进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。 进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。 气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。（四冲程一定有，增压大于非增压） 机械增压：压气泵由柴油机带动。 废气涡轮增压：废气送入涡轮机中，使涡轮机带动离心式压气机工作。 二冲程柴油机的换气形式：弯流（下到上，再上到下）、直流（直线下而上）。 弯流可分：横流、回流、半回流。直流：排气阀、排气口。 横流：进排气口两侧分布。回流：进排气口同侧，排气口在进气口上面。 半回流：进排气的分布没变，排气管中装有回转控制阀。 排气阀——直流扫气：排气阀的启闭不受活塞运动限制，扫气效果较好。 弯流扫气的气流在缸内的流动路线长（通常大于2S），新废气掺混且存在死角和气流短路现象，因而换气质量较差。横流扫气中，进排气口两侧受热不同，容易变形。但弯流扫气结构简单，方便维修。直流扫气质量好，但是结构复杂，维修较困难。 柴油机类型： 低速柴油机n≤300r/min Vm＜6m/s 中速柴油机300
发动机噪声与振动
发动机运转时，燃烧噪声，机械噪声和空气动力噪声是主要噪声源。 通常把燃烧时气缸压力通过活塞、连杆、曲轴、主轴承传至机体，以及通过气缸盖等引起发动机结构表面振动而辐射出来的这部分噪声，称为燃烧噪声。发动机的燃烧噪声，是在气缸中产生的。燃烧过程中，气缸内的压力波冲击燃烧室壁，气体自身产生的振动，这种振动及辐射噪声呈高频特性。气缸内压力在一个工作循环内呈周期变化，激起气缸内部机件的振动，其频率与发动机转速有关，通过发动机机体向外辐射噪声，这种振动及辐射噪声呈低频特性。其强弱程度，取决于压力增长率及最高压力增长率的持续时间。 发动机的机械噪声，是指在气体压力和惯性力的作用下，使运动部件产生冲击和振动而激发的噪声。主要有活塞敲击噪声、供油系噪声、配气机构噪声、正时系统噪声、辅机系统噪声、轴承噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等。发动机工作时，由于冲击、摩擦、旋转不均匀和不平衡力作用等原因，激起零部件的机械振动而产生噪声。特别是当激振力频率与零部件的固有频率相一致时，会引起激烈的共振和噪声。发动机的机械噪声随转速的提高而迅速增加。 空气动力噪声，是气体流动（如周期性进气、排气）或物体在空气中运动，空气与物体撞击，引起空气产生的涡流，或者由于空气发生压力突变，形成空气扰动与膨胀（如高压气体向空气中喷射）等而产生的噪声。一般说来，空气动力噪声是直接向大气辐射的。主要分成进气噪声、排气噪声和风扇噪声。 汽车噪音改善材料和方法： 1、发动机噪，路噪，胎噪都属于结构噪音，它的主要产生是震动，最合理的解决办法就是制震。加入减振板配合吸音垫，能很好解决路噪和胎噪。弓I擎噪这个问题我们应理性去看待，引擎声的大小随发动机转速的不同而产生程度不同的噪音，它没有一个恒定的标准，但是，引擎的转速是由车辆行驶状态和驾驶人员操控的。对引擎的声音除了驾驶人员的控制外，汽车隔音工程还能再进一步的改善，具体施工部分如下：（1）引 擎盖的施工能延缓前盖板因温度过高而掉漆，并能减少发动机噪音通过上盖传出的噪音。（2）挡火墙内外部分施工可改善引擎发动后低频音的传入。施工后引擎声变得更加纯净，驾驶人员会有更好的操纵感。如果要引擎声有较明显的改善，施工部分是比较复杂的，具有一定高难度的作业，具体施工部分与步骤有以下几点：①拆开仪表台，完全处理挡火墙内部②卸下发动机，完全处理档火墙外部这个施工对引擎噪音的减少 效果是比较明显的，但是施工过程可能会对车体原有设备造成改变和影响，笔者一般不建议对此部分进行施工操作，对于引擎声应理性善待，不应过分追求引擎声的控制，让引擎发挥它应有的动力感。 2、路噪和胎噪是因为轮胎和路面摩擦产生震动和噪音，所以减震是最好的方法，用减振板或专用减振板和吸音垫及车门密封条对叶子板和车地板及车门进行全面施工可以从减震、吸音、隔音三个源头改善胎噪和路噪。 3、风噪是因为风的压力超过车门的密封抗阻力而形成，所以加强密封阻力是最直接最根本的解决方法，车门密封条和内心密封条就能很好解决这一问题。
《机械振动与噪声学》习题集与答案
《机械振动噪声学》习题集 1－1 阐明下列概念，必要时可用插图。 (a) 振动； (b) 周期振动和周期； (c) 简谐振动。振幅、频率和相位角。 1－2 一简谐运动，振幅为 0.20 cm，周期为 s，求最大的速度和加速度。 1－3 一加速度计指示结构谐振在 82 Hz 时具有最大加速度 50 g，求其振动的振幅。 1－4 一简谐振动频率为 10 Hz，最大速度为 4.57 m/s，求其振幅、周期和最大加速度。 1－5 证明两个同频率但不同相位角的简谐运动的合成仍是同频率的简谐运动。即： A cos n t+ B cos (n t+ ) = C cos (n t+ ' )，并讨论＝0、/2 和三种特例。 1－6 一台面以一定频率作垂直正弦运动，如要求台面上的物体保持与台面接触，则台面的最大振幅可有多大 1－7 计算两简谐运动x1 = X1 cos t和x2 = X2 cos ( +
) t之和。其中 << 。如发生拍的现象，求其振幅和 拍频。 1－8 将下列复数写成指数A e i 形式： (a) 1 + i3(b) 2 (c) 3 / (3 - i ) (d) 5 i (e) 3 / (3 - i ) 2 (f) (3 + i ) (3 + 4 i ) (g) (3 - i ) (3 - 4 i ) (h) ( 2 i ) 2 + 3 i + 8 2－1 钢结构桌子的周期＝ s，今在桌子上放W = 30 N 的重 物，如图2－1所示。已知周期的变化＝ s。求：( a ) 放重物后桌子的周期；( b )桌子的质量和刚度。 2－2 如图2－2所示，长度为L、质量为m 的均质刚性杆由两根刚 度为k 的弹簧系住，求杆绕O点微幅振动的微分方程。 2－3 如图2－3所示，质量为m、半径为r的圆柱体，可沿水平面 作纯滚动，它的圆心O用刚度为k的弹簧相连，求系统的振动 微分方程。 图2－1 图2－2 图2－3
船舶柴油机发展趋势
【摘要】从船用柴油机的市场、产品、技术等方面介绍了柴油机的现状及发展动向。论述当前国外气缸直径160 mm以上，单机功率大于1000 kW的大功率低速、中速、高速柴油机的总体技术水平、技术发展概况，特别是在提高可靠性、改善其低工况特性、降低其排放和智能柴油机等方面进行阐述，并预测今后的发展趋势。 0 引言 柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等，在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，使其各项技术指标不断创新，市场上已有一批性能好、油耗低、功率范围大、废气排放符合法定标准、可靠性高的产品。 柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率提高，油耗降低；发动机坚固、耐用，寿命变长。但柴油机缺点在于比功率低于汽油机，对空气利用率低，摩擦损失大。 1 低速柴油机 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保
持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer 和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC 型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以
发动机台架振动噪声试验规范
发动机台架 振动噪声 试验规范 湖南大学 先进动力总成技术研究中心
1.适用范围 本标准适用于缸径100mm以内，功率在150kW以内的往复活塞式发动机。 2.规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 1859-2000 往复式内燃机辐射空气噪声测量工程法及简易法。 GB/T 往复式内燃机性能第1部分：标准基准状况，功率、燃油消耗和机油消耗的标定及试验方法。 GB/T 往复式内燃机性能第3部分：试验测量。 3.试验目的 在发动机消声室试验台架上进行发动机振动噪声测试，评价发动机振动噪声水平。 4.测试设备 传声器应该符合GB/T3785规定的1级仪器要求，其测量装置必须至少覆盖20Hz～20000Hz的频率范围。 加速度传感器应该符合GB/T3785规定的1级仪器要求，其测量仪器频率范围至少为10Hz～2000Hz，并应包括发动机最低稳定转速到lO倍最高转速的激励频率。传声器、加速度传感器在测量前必须进行标定。 测量前后，仪器应该按照规定进行校准，两次校准值不应超过1dB。 发动机转速的测试仪器的准确度应优于1%。 5.安装条件和运转工况 发动机工作条件 测试前确保发动机为工作正常且油位、水位正常。 在测量过程中，发动机的所有运行条件，应该符合制造厂家的规定。测量开始前，发动机应该稳定在正常工作温度范围内。 发动机状态 发动机不带空气滤清器和排气消声器,引出进、排气噪声。
柴油机的噪声测试(左文芝)
柴油机的噪声测试 左文芝 摘要：本文通过实例介绍了柴油机噪声测量方法和过程，分析了存在的问题并提出了改进的建议。 关键词：噪声测量点声压级声功率级误差 引言 柴油机在正常工作状况下，气缸内气体燃烧、进排气、柴油机部件运动、附带的油、水泵等的运动等都会产生噪声，特别是船用柴油机，由于工作环境特殊，可能会给操作者和其他长时间暴露在噪声中的人员造成生理、心理等方面的健康伤害，国家质量技术监督局发布了《船用柴油机辐射的空气噪声限值》（GB11879-89）和《船用柴油机辐射的空气噪声测定方法》（GB/T9911-1988）,要求船用柴油机制造商在设计和生产中对柴油机噪声进行控制，而精确测定柴油机噪声值对柴油机的设计、生产和改进提供有效的依据。以下以我公司开发的5210ZLC－5型柴油机噪声测试为例介绍测试过程。 1 测量过程 1.1测量环境：理想的测试环境只有一个反射面（地面），无其他反射物，最好是消声室；具有坚硬平坦地面的户外开阔地；满足要求的柴油机试验车间；我们测试在柴油机试车台，车间长宽高为150×50×20米，砖混结构。 1.2柴油机的安装：要求柴油机安装在弹性支承上，柴油机不应带齿轮箱和其他被驱动的机械，否则应把结构振动和外带接卸产生的噪声作为外加噪声处理，在噪声测试时，周围其他机械噪声应尽可能小，否则视情况进行背景噪声修正。 1.3测试设备：要求符合GB/3785中规定的Ⅰ型或Ⅰ型以上声级计，用于频谱分析的1/1或1/3倍频滤波器符合GB/3421的要求，声级计经过计量部门周期校准合格，使用前用声校准器标定，我们用的是国营红声器材厂生产的ND2型声级计，配1/1倍频滤波器。 1.4测点确定：假想包络柴油机的最小的一个长方体为基体（长宽高分别为l1l2），根据《船用柴油机辐射的空气噪声测定方法》，通过公式计算出包络柴油机并l 3 在其上布置测量点的假想长方体，其表面作为测量表面（长宽高分别为2a 2b c），
发动机结构振动及噪声预测
发动机结构振动及噪声预测 作者：奇瑞发动机工程研究邓晓龙 发动机是影响汽车NVH性能的最主要的因素，在发动机的设计阶段就深入进行振动噪声性能的预测与优化，已经成为发动机开发的基本流程，是发动机自主研发过程中的重要工作。 国内外对发动机结构噪声的预测做了大量研究，中低频结构噪声预测方法已趋成熟。结构振动响应与辐射噪声之间的关系非常复杂，目前根据强迫振动响应计算辐射噪声的计算方法主要有平板理想化法、有限元法和边界元法等。噪声预测技术的发展使得发动机在设计阶段进行噪声评价成为可能。 本文探讨了适于进行动力总成振动及结构噪声预测的方法；建立了动力总成各主要部件的有限元模型，通过AVL EXCITE软件进行了动力学分析，并计算发动机的振动响应。进行NVH的性能提升的最重要的就是首先要找到主要振动及噪声源，并开展有针对性的工作。为了更明确发动机的主要声源，采用自编软件，根据表面振动速度结果进行了主要表面的辐射声功率排序，最后进行结构噪声预测。 发动机结构振动预测 进行发动机结构振动及噪声预测，涉及到大量的研究工作，主要工作包括各部件有限元建模、子结构模态提取，EXCITE模型搭建，主要激励计算，动力学分析，振动响应计算，表面辐射声源排序，声边界元建模和空间声场预测等工作。 1. 动力总成有限元模型 动力总成有限元模型包括缸体、框架、缸盖、油底壳、缸套、进气歧管、排气歧管、气门室罩盖、4个悬置支架、变速器壳体、变速器传动轴及齿轮等。由于研究的动力总成的4个悬置支架中有3个是安装在变速器上，所以加入变速器壳体的有限元模型，这样可以更准确地模拟动力总成的振动情况，特别是怠速工况下的振动。图1所示为动力总成的有限元网格。同样需建立曲轴组件的有限元网格，曲轴组件包括曲轴、飞轮、扭转减振器、皮带轮和正时齿轮等部件。
船用柴油机的现状及发展趋势
船用柴油机的现状及发展趋势 船用柴油机被誉为船舶的动力“心脏”，可分为低速、中速、高速柴油机。目前，MAN和W?rtsil?(瓦锡兰)是全球船用柴油机两大品牌，其中MAN是船用低速机龙头，瓦锡兰是船用中速机龙头。 1 低速柴油机 工作原理：通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比，它提高了作功能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异。 低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。 目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。 MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。 为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。 Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。 通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以求提高零部件的工作可靠性，增加柴油机的使用寿命；通过电子控制技术，达到柴油机运行的智能化。该公司
船舶柴油机复习资料(全)
1．柴油机特性曲线：用曲线形式表现的柴油机性能指标和工作参数随运转工况变化的规律。2．扫气过量空气系数：每一循环中通过扫气口的全部扫气量与进气状态下充满气缸工作容积的理论容气量之比 3．封缸运行：航行时船舶柴油机的一个或一个以上的气缸发生了一时无法排除的故障，所采取的停止有故障气缸运转的措施。 4．12小时功率：柴油机允许连续运行12小时的最大有效功率。 5.有效燃油消耗率：每一千瓦有效功率每小时所消耗的燃油数量。 6．示功图：是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。 7．燃烧过量空气系数：对于1kg燃料，实际供给的空气量与理论空气需要量之比。 8．敲缸：柴油机在运行中产生有规律性的不正常异音或敲击声的现象。 9．1小时功率：柴油机允许连续运行1小时的最大有效功率。（是超负荷功率，为持续功率的110%。） 10.平均有效压力：柴油机单位气缸工作容积每循环所作的有效功。 11.热机：把热能转换成机械能的动力机械。 12.内燃机：两次能量转化（即第一次燃料的化学能转化成热能，第二次热能转化成机械能）过程在同一机械设备的内部完成的热机。 13.外燃机： 14.柴油机：以柴油或劣质燃料油为燃料，压缩发火的往复式内燃机。 15.上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置，也是活塞离曲轴中心线最远的位置。下止点 16.行程：活塞从上止点移动到丅止点间的位移，等于曲轴曲柄半径R的两倍。 17.气缸工作容积：活塞在气缸中从上止点移动到丅止点时扫过的容积。 18.压缩比：气缸总容积与压缩室容积之比值，也称几何压缩比。 19.气阀定时：进排气阀在上.丅止点前启闭的时刻称为气阀定时，通常气阀定时用距相应止点的曲轴转角表示。 20.气阀重叠角：同一气缸在上止点前后进气阀与排气阀同时开启的曲轴转角。（进排气阀相通，依靠废气流动惯性，利用新鲜空气将燃烧室内废气扫出气缸） 21.扫气：二冲程柴油机进气和排气几乎重叠在丅止点前后120-150曲轴转角内同时进行，用新气驱赶废气的过程。 22.直流扫气：气流在缸内的流动方向是自下而上的直线运动。（空气从气缸下部扫气口，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖排气阀排出气缸） 23.弯流扫气：扫气空气由下而上，然后由上而下清扫废气。 24.横流扫气：进排气口位于气缸中心线两侧，空气从进气口一侧沿气缸中心线向上，然后再燃烧室部位回转到排气口的另一侧，再沿中心线向下，把废气从排气口清扫出气缸。 25.回流扫气：进排气口在气缸下部同一侧，排气口在进气口上方，进气流沿活塞顶面向对侧的缸壁流动并沿缸壁向上流动，到气缸盖转向下流动，把废气从排气口中清扫出气缸。 26.增压：提高气缸进气压力的方法，使进入气缸的空气密度增加，从而增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力和功率。 27.指示指标：以气缸内工作循环示功图为基础确定的一些列指标。只考虑缸内燃烧不完全及传热等方面的热损失，不考虑各运动副件存在的摩擦损失，评定缸内工作循环的完善程度。 28.有效指标：以柴油机输出轴得到的有效功为基础，考虑热损失，也考虑机械损失，是评定柴油机工作性能的最终指标。 29.平均指示压力：一个工作循环中每单位气缸工作容积的指示功。 30.指示功率：柴油机气缸内的工质在单位时间所做的指示功。 31.有效功率：从柴油机曲轴飞轮端传出的功率。
发动机振动特性分析与试验
发动机振动特性分析与试验 作者：长安汽车工程研究院来源：AI汽车制造业 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险，这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期（概念设计和布置设计阶段），由于没有成熟样机进行NVH试验，很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此，通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知，发动机NVH是个复杂的概念，包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说，噪声与振动也相互联系，因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射，另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外，发动机附件（如风扇）也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题，即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下，对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等，这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。 发动机结构振动分析方法简介 图1 发动机结构振动分析方法 如图1所示，发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤： 1. 动力总成FE建模及模态校核 建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型；对该有限元模型进行模态分析，通过分析结果判断各零件间连接是否完好；通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理，零部件的局部模态频率是否合理，若存在整体或局部模态不合理的情况，需要对结构进行初步更改或优化。
2. 动力总成模态压缩 缩减有限元模型，得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息，用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模，可作简化处理，形成梁-质量点模型，用于多体动力学分析。其中包括：活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下，对动力总成进行时域下的多体动力学分析，并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判，同时，其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果，对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析，得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性，进行评判和结构优化。 实例分析 1. 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台，针对其结构振动问题，对其进行结构振动CAE 分析，并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下：缸径75mm，冲程85mm，缸间距84mm，最大缸压6MPa。 2. 坐标定义 为了便于以后叙述，对动力总成进行了坐标定义（见图2）。
发动机噪声及振动
汽车噪声与振动 ——理论与应用 汽车噪声的传递有固体波动和气体波动两种传播形式。通常500Hz以下的低、中频率噪声主要以固体波动形式传播，而在较高的频带内则以空气传播为主。 第十章发动机的振动
第十一章发动机的噪声 在相同条件下，柴油机的排气噪声要比汽油机的排气噪声大，二冲程内燃机的排气噪声要比四冲程的大。柴油机的排气声呈明显的低频性，能量主要集中在基频及其倍频的频率范围内；中频范围主要是排气管内气柱振荡的固有音；高频范围主要包括燃烧声和气流高速通过气口的空气动力噪声。 发动机两种噪声：纯音和混杂音。纯音是窄频带的，用抗性消音器；混杂音是宽频带的，用阻性消声器。 抗性消声器：将能量反射回声源，从而抑制声音。 阻性消声器：声能被吸声材料吸收并转化成热能，从而消声。
发动机噪声估算： 1、柴油机声功率级 )lg( 30)lg(1057b b b W n n P n L ++≈ （dBA ） 式中：W L ——柴油机声功率级； b P ——柴油机标定功率（kW ）； b n ——柴油机标定转速（r/min ）； n ——柴油机实际转速（r/min ）。 2、柴油机机体表面辐射声功率级的近似公式 柴油机机体表面辐射的31倍频程声功率级近似计算公式如下： )lg(2010001000) 1(lg 1052)(b b b b W n n f f m P P n f L +? ? ????+++≈ 式中：f ——31倍频程中心频率（Hz ）； m ——柴油机质量（kg ）。 3、汽油机声功率级估算 )lg( 50)lg(1057b b b W n n P n L ++≈ （dBA ） 以上公式只是估算，公式已显陈旧。 机体结构特性： 结构特性主要指振型、固有频率和传递函数。
车用发动机设备噪声形成原因及控制措施(新编版)
车用发动机设备噪声形成原因及控制措施(新编版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0038
车用发动机设备噪声形成原因及控制措施 (新编版) １．噪声的主要危害 噪声污染不仅对人们的自我感觉和工作能力产生消极的影响，而且能导致健康严重失调、疲劳、早期失聪、高血压、神经疾病等。 ２．车用发动机噪声的形成与对策 发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、冷却风扇及其他部件发出的噪声。燃烧噪声是在可燃混合气体燃烧时，因气缸内气体压力急剧上升冲击发动机各部件，使之振动而产生的噪声。柴油中的十六烷值不合适或喷油时间过于提前，会引起发动机工作粗暴，使噪声急剧增大。汽油机由于过热、汽油品质不良和点火提前角过大等原因造成高频爆炸声、敲缸。 发动机内部的燃烧过程和结构振动所产生的噪声，是通过发动
机外表面以及与发动机外表面刚性连接结构的振动向大气辐射的，因此称为发动机表面噪声。根据发动机表面噪声产生的机理，又可分为燃烧噪声和机械噪声。燃烧噪声主要是由于气缸内周期性变化的压力作用而产生的，与发动机的燃烧方式和燃烧速度密切相关；机械噪声是发动机工作时各运动件之间及运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的，它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关。一般来说，低转速时，燃烧噪声占主导地位，高转速时，机械噪声占主导地位。 降低燃烧噪声，需改善燃烧条件，提高燃烧质量，以达到圆滑的压力波形。采用合理布置火花塞和气门以及采用合适的燃烧室型式和冷却方式即可以达到最有效的燃烧。在燃油方面，汽油的辛烷值越高，点火质量及抗爆振性能越好；对柴油机来说，要选择合适的十六烷值的柴油，如果达不到，可加入点火加速剂，提高点火质量，这样可有效地防治因燃油燃烧引起的噪声。 机械噪声包括活塞敲击声、气门机构冲击声、正时齿轮运转声等。减小活塞敲击声，可采取减小活塞与缸壁之间的间隙和使活塞
船舶柴油机的基本知识讲解
课题一船舶柴油机的基本知识 目的要求： 1．了解船舶柴油机的基本概念及优缺点。 2．掌握柴油机基本结构和主要系统。 3．掌握柴油机主要结构参数。 4．掌握四、二冲程柴油机的工作原理。 5．比较四、二冲程柴油机工作原理与结构上的差别。 6．了解船舶柴油机的基本分类和型号。 重点难点： 1．柴油机与汽油机的区别。 2．进排气重叠角、定时图。 教学时数：4学时 教学方法：多媒体讲授 课外思考题： 1．柴油机与汽油机有哪些区别？ 2．柴油机主要结构组成和作用。 3．压缩比ε意义及对柴油机工作性能有什么影响？ 4．四冲程柴油机各工作过程特征及特点。 5．二、四冲程换气在工作上原理及结构上有什么差别？ 6．四冲程柴油机进、排气为什么都要提前和滞后？气阀重叠角有何作用？
课题一船舶柴油机的基本知识 第一节柴油机的概述及发展趋势 一、柴油机的概述 1．热机 热机是指把热能转换成机械能的动力机械。蒸汽机、蒸汽轮机以及柴油机、汽油机等是热机中较典型的机型。 蒸汽机与蒸汽轮机同属外燃机。在该类机械中，燃烧（燃料的化学能转变成热能）发生在汽缸外部（锅炉），热能转变成机械能发生在汽缸内部。此种机械由于热能需经某中间工质（水蒸气）传递，必然存在热损失，所以它的热效率不高，况且整个动力装置十分笨重。在能源问题十分突出的当前，它无法与内燃机竞争，因而已经在船舶动力装置中消失。 2．内燃机 汽油机、柴油机以及燃气轮机同属内燃机。虽然它们的机械运动形式（往复、回转）不同，但具有相同的工作特点──都是燃料在发动机的气缸内燃烧并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀作功。从能量转换观点，此类机械能量损失小，具有较高的热效率。另外，在尺寸和重量等方面也具有明显优势，因而在与外燃机竞争中已经取得明显的领先地位。 在内燃机中根据所用燃料不同，可大致分为汽油机、煤气机、柴油机和燃气轮机。它们都具有内燃机的共同特点，但又都具有各自的工作特点。由于这些各自不同的特点使它们在工作原理、工作经济性以及使用范围上均存在一定差异。如汽油机使用挥发性好的汽油做燃料，采用外部混合法（汽油与空气在气缸外部进气管中的汽化器进行混合）形成可燃混合气。缸内燃烧为电点火式（电火花塞点火）。这种工作特点使汽油机不能采用高压缩比，因而限制了汽油机的经济性不能大幅度提高，而且也不允许作为船用发动机使用（汽油的火灾危险性大）。但它广泛应用于运输车辆。 3．柴油机 柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油做燃料。采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式（靠缸内空气压缩形成的高温自行发火）。这种工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率（已达到55％左右），而且允许作为船用发动机使用。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。 根据英国劳氏船级社统计，1985年全世界制造的船舶中（2000t以上）以柴油机作为推进装置者占99.89％，而到1987年100％为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、重量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点： （1）经济性好。有效热效率可达50％以上，可使用廉价的重油，燃油费用低。 （2）功率范围宽广，单机功率从0.6kW～45600kW，适用的领域广。
船舶柴油机振动噪声及废气排放考试
ll第二章船舶振声激励源 柴油机激励力：①运动部件上的惯性力形成的不平衡力和力矩，其主频率是低谐次的。②气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩，其频率是高谐次的。 螺旋桨激励力：①螺旋桨回转时作用在它附近的船体表面上的变动水压力，称为脉动压力。它是沿船体表面进行积分得到的，又称表面力。②作用于桨叶上的变动流体力所激起的激励，通过轴系、轴承传给船体，又称轴承力。 载荷效应:随着螺旋桨的旋转，桨叶周期性地时而接近该点，时而远离该点。因此由涡引起该点压力也相应地时大时小周期性地变化，这是产生脉动压力的起因之一；因为涡强度和螺旋桨载荷有关，则称这部分脉动压力为载荷效应。 叶厚效应：圆柱体在流场中运动，流场中某一点P处所受压力必将随着圆柱接近和远离该点而发生周期性变化的效应。 小结：载荷效应和螺旋桨的负荷有关，即与螺旋桨的推力和扭矩有关；而叶厚效应则与螺旋桨的几何尺寸，主要是螺旋桨叶的厚度有关。脉动压力的主要频率成为螺旋桨叶频和叶频的整数倍，其大小主要取决于桨叶的几何要素、船体尾部的线型、伴流特性、桨轴转速、功率、螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙，以及螺旋桨的叶数等。最主要的影响因素：梢系的大小及螺旋桨的叶片数。梢系↑，脉动压力↓，梢系到一定大小，脉压减小变化很少。螺旋桨叶数↑，脉动压力↓。（表面力、轴承力计算无） 波浪激励源: ①轻载状态时船首底部出水后再入水产生的冲击②满载状态时船首甲板上的冲击③船首部外夹板的外源波浪的冲击。这种冲击引起的船体瞬态响应主要是二节点衰减振动，与风浪的大小、船舶航速、航向及首吃水有关，称为冲荡。 波激振动：在风浪不大的海洋中航行时，船体经常发出持续的垂向二节点振动，形成尾部上层建筑十分剧烈的纵向振动，这种振动是由波浪产生的非冲击准定常激励力引起的，常称为波激振动。（回转激励力：、轴系激励力：轴系自身的质量偏心、联轴节安装不良、排气压力波、舵） 过度振动的后果：①使船员和旅客极度不适，容易疲劳和损害健康，使机器和仪表工作失常，寿命缩短，甚至失灵损害②使高压力区的船体结构等出现裂缝或疲劳破坏③引起噪声，影响人员工作和健康以及舰船作战性能和潜藏隐蔽性 第三章船舶机械及控制 1．船舶机械有害振动的控制措施：防振和减振两种，防振是在船体设计阶段考虑到振动的容许标准而采取降低振动的措施；减振是在船舶使用阶段使营运船舶的振动下降到容许标准。 2.防振减振基本原理：⑴避免共振：改变固有频率或激励频率；⑵减小激励力；⑶减小振动的传递 3. 减小激励力：对于存在外部不平衡力或不平衡力矩的柴油机，加装平衡装置和平衡器来减小激励力和激励力矩。平衡补偿装置是使偏心质量以和主机激振频率相同的转速旋转，产生补偿力或力矩以抵消柴油机不平衡力，减少它们对振动的影响。有离心力平衡重、平衡轴系、电动平衡器来抵消柴油机不平衡力。按平衡激励形式有：一次力矩平衡器、二次力矩平衡器、组合式平衡器。按运转驱动形式可分为：电动机驱动（电动平衡器）、由曲轴驱动直接附装在主机上。 4.隔振器：在机座下部装设，使主要用于副机。目前国内常用的减振器有：⑴橡胶减振器：结构简单、有较好的隔声、缓冲和减振效果，但易老化。⑵金属弹簧减振器：性能稳定，但内阻小、高频震动及声振动的隔绝性能差。 5．防振支撑：针对长冲程和超长冲程主机的，有3种：机械式支撑、摩擦式支撑、液压式
发动机表面结构振动与辐射噪声的关系
第3章发动机表面振动与辐射噪声关系的系统研究 所谓发动机噪声除了进、排气噪声和风扇噪声外，主要是指由发动机外表面辐射出来的噪声，而辐射噪声与发动机表面结构振动有着密切的关系。系统地研究发动机表面振动与辐射噪声之间的关系，对于发动机噪声源预测和降低辐射噪声有着极其重要的意义。 3.1内燃机的表面振动 结构的表面振动和辐射噪声之间的关系非常复杂，通常无法确定。通过对噪声和单源振动测定的比较研究可知，大约有50%没有确切的关系。声场环境的影响、声的传播方向、结构振动的频率和相位的不均匀性，以及精确的数学模型极为复杂等因素导致精确的解析分析不可能实现。随机因素的影响和影响因素的随机性使得研究人员转而采用统计分析的方法来完成对振动和噪声辐射之间关系的研究[77-81]。 发动机结构振动可用其模态振型来表示，发动机结构振动的模态振型是由发动机设计所决定的，发动机质量分布、刚度和阻尼决定了其模态频率及其各阶模态之间的频率间隔。 柴油机是一种结构复杂、变工况运行的动力机械。柴油机的表面振动特性决定了其辐射噪声特性。为此，作者对一典型的直列柴油机-CY6102BZQ型柴油机的表面振动进行了实验测试与研究。实验框图如下：
实验仪器如下： 测点布置如下：
图3－1 发动机表面法向振动速度测点布置图测试结果如下：
图3-2机体表面各层法向平均振动速度均方根值 图3-3其它附件表面平均法向振动速度均方根值 图3-4 不同工况下全部测点总的平均振动速度均方根值 由以上试验结果可知，发动机表面各部位的平均振动速度的模式比例基本保持相同，但其振幅随发动机转速升高而增大。这说明，发动机外表面各部位的振动功率大小比例分布基本保持恒定，如果知道了各部位（部件）的表面积，就可预测发动机表面各部件对幅射噪声贡献的大小。这也是表面振动速度法进行噪声源识别的基本原理。
船舶柴油机(轮机)柴油机的结构和主要零部件
& 船舶柴油机（轮机） --模块二柴油机的结构和主要零部件-- 黄步松主讲 福建交通职业技术学院船政学院
模块二柴油机的结构和主要零部件 重点：柴油机各主要部件的作用、工作条件、工作原理及结构特点，各部件的常见故障及原因，管理注意事项。难点：燃烧室部件承受的机械负荷、热负荷及分析，缸套、活塞、连杆、十字头、曲轴、活塞杆填料涵及活塞冷却机构的结构，曲柄排列与发火顺序。 缸盖 燃烧室部件缸套 活塞组件 主要零部件连杆 曲柄连杆机构曲轴 主轴承 主要固定件：机架、机座、贯穿螺栓 单元一燃烧室部件 一、燃烧室部件承受的负荷 1．机械负荷 机械负荷指受力部件承受气体力、安装预紧力、惯性力等的强烈程度。主要以气体力和惯性力为主。柴油机的机械负荷有两个特点：一是周期交变；二是具有冲击性。 1）安装应力： 安装应力与预紧力成正比。因此，安装气缸盖时不应过分紧固，否则会使气缸套、气缸盖发生损伤。另外，将缸套凸肩加高，可使缸套安装应力大大减小。 2）气体力： 气体力是周期变化的，其最大值为最高爆炸压力，变化频率与转速有关，因而由气体力产生的机械应力也称高频应力。由气体力产生的机械应力具有以下特点： 气缸盖、活塞：触火面为压应力，冷却面为拉应力。 缸套：径向：触火面为压应力最大，冷却面为零。 切向：触火面为拉应力最大，冷却面为拉应力最小。 机械应力与部件壁厚成反比，即壁厚δ愈大，机械应力愈小。 3）惯性力： 活塞组件在缸内作往复变速运动，产生往复惯性力；曲轴作回转运动产生离心惯性力。其大小与部件质量和曲轴转速的平方成正比。由惯性力产生机械应力也是一种高频应力。 2．热负荷 1）热负荷是指柴油机的燃烧室部件承受温度、热流量及热应力的强烈程度。 2）热负荷的表示方法 （1）热流密度（2）温度场（3）热应力 3）热负荷过高对柴油机的危害： （1）使材料的机械性能降低，承载能力下降； （2）使受热部件膨胀、变形，改变了原来正常工作间隙； （3）使润滑表面的滑油迅速变质、结焦、蒸发乃至被烧掉； （4）使受热部件（如活塞顶）受热面被烧蚀； （5）使受热部件承受的热应力过大，产生疲劳破坏等。 船舶上，轮机管理人员通常用排气温度来判断热负荷的高低。 4）热应力： 是指受热部件在内外表面温度不同并且有一定约束的条件下在金属内产生的一种内力。 气缸盖、活塞：触火面为热压应力，冷却面为热拉应力。 缸套：径向：为零。 切向：触火面为压热应力，冷却面为拉热应力。 热应力与部件壁厚成正比，即壁厚δ愈大，热应力愈大。