发动机轮系皮带噪声产生机理分析

皮带噪声产生的机理

多楔带传动中动力的传递是靠摩擦力传递，是一个不流畅的打滑过程（见图1）。

图1 多楔带动力传递原理

不稳定摩擦：从图2中可以看出摩擦系数随转速的增高而降低导致摩擦的不稳定性。皮带与带轮间的摩擦产生这种动态不稳定性。这种不稳定性是产生许多噪声的关键。

图2 摩擦系数与转速的关系

高频下的模态：下图为几种模态，这些模态跟齿形间高频的压缩与扩张空气有关。有些模态在不对中噪声中占主要的，而有些模态在打滑噪声中占主要的。

图3 高频时的皮带模态

皮带打滑噪声

皮带与皮带轮间打滑是不可避免的，发动机负荷及附件系统负载过渡、附件系统负载过载，都会引起皮带与带轮间不同程度的打滑。当摩擦力足够大且打滑足够大时，会出现打滑噪声。打滑噪声分为：干打滑噪声，湿打滑噪声。

干打滑噪声特征：

1、主要为长尖叫声（suqeal)，5000Hz左右及其谐波

2、噪声瞬时产生，而且与皮带在不同的速度下滑动关系密切

3、发动机急减速下或换挡易发生打滑噪声

4、发电机或其它附件加载的时候

图4干打滑噪声

干打滑噪声机理：

1、当转矩超过皮带与带轮之间接触摩擦力限制时，它们之间产生相对运动

2、低于限制，皮带与带轮保持基本同步

3、这个限制与皮带角、带轮角、包角、张紧力有关

图4干打滑噪声机理

湿打滑噪声特征：

1、主要为“唧唧”（chirp）声、“吱吱”（squeak）声、切向摩擦声

2、皮带与皮带轮之间有液体（fluid）时,传递转矩的能力会降低

3、噪声频率相对干打滑频率较低，一般在400Hz-2000Hz，以及其相应的谐波。

4、湿打滑噪声一般出现在相对低速的打滑速度（皮带速度相对皮带轮速度）。

5、另外一特征是当去除液体，噪声会随之消失。

图5 湿打滑噪声特征

不对中噪声

不对中噪声特征：

1、 主要为“嗒嗒”声（带齿径向滑动噪声）或者“唧唧（Chirp）”声（一般在4000-5000Hz及其谐波）。

2、 根据皮带，不对中的程度和驱动的条件，部分或者全部附件会产生不对中噪声。

3、皮带张力与摩擦力之间的不平衡会产生锯齿型的运动。

4、 噪声频率与转速成比例关系，转速越高，齿滑动噪声频率越高。

5、 也可能与高频横向振动模态激励有关。

图6 不对中噪声产生机理

皮带中心对齐偏差原因

1、发动机零部件及支架轴向尺寸超差；

如图所示，在安装相邻带轮时，由于轴向的误差导致了对齐偏差，总的轴向误

差小于1°是可以接受的x/L=对齐偏差切线角和允许的对齐偏差，假设为1°，

跨度长已知，可得出最大轴向位移“z”

2、背部带轮导致皮带的横向偏移

2.1 考虑到皮带的带轮表面上的位移，带轮每边应宽出1.5到2.0mm

2.2 带轮表面，皮带试图去对齐松边带轮

3、带轮横向位移或“摇晃”

皮带在接触点通过摩擦依附在背部带轮上，如果带轮和皮带中心面有一个角度的话，皮带在通过带轮时将发生位移。由各带轮相对于安装的垂直度决定。

图7 皮带对齐偏差产生机理

导致对齐偏差的因素：

1、皮带进入带轮的横向刚度

2、带轮对齐偏差角度的总量和位置

3、产生对齐偏差的带轮到下一个带轮间的跨度长

图8 皮带对齐偏差产生机理

A长在一定程度上决定了皮带在惰轮上的横向位移；横向刚度而言，A长应该短些；

B角是带轮的角偏差和所有对皮带位移有影响的包角的总量和定位

C长决定了当皮带离开带轮时会产生多大的对齐偏差角；一般C长长些好，C/A应该较大，大于3效果最好,小于0.5一般不推荐。一般推荐C长大于100mm.

皮带跨度振动噪声

特征：

1、皮带或皮带股的固有频率被激励起来，产生振动辐射噪声

2、皮带跨度振动噪声主要是皮带横向振动辐射引起

3、皮带的振动辐射噪声主要发生在低转速驱动时产生的共振

措施：

1、改变皮带张力

2、改变皮带刚度、皮带跨距

3、合理布置轮系

4、皮带最长跨度一般要求小于300mm

图9 皮带跨度振动机理

若系统频率共振点低于怠速，需注意发动机启动时异响及振动

皮带搭接产生的噪声

特征：

主要为皮带搭接头经过光轮时产生的冲击噪声。

措施：

1、控制搭接头宽带

2、采用背胶皮带

图9 搭接噪声机理

左图中，搭接的帆布其经纬线在搭接处纵向强度较好但是横向的连接强度一般，而右图的缝制帆布，其斜形交叉的经纬线则较好的解决纵向和横向的拉伸强度问题。在此基础上又进一步开发出含有一层帆布的背胶皮带，彻底解决搭接或缝制可能带来的对背部传动带来的影响，既消除NVH问题，又保持优异的皮带寿命。

图10 皮带搭接结构