摘 要

进入21世纪以来，全球经济发展趋势良好，汽车工业发展稳步上升，汽车的数量也日益增加，几乎每家每户都有一辆以上的汽车。汽车在给人们带来便利的同时，其产生的噪声也对人体和环境造成了严重影响。由于空滤器对车内噪声的品质影响较大，故为了提高驾驶的舒适度，降低噪声污染，人们对发动机进气系统空滤器的消声性能的研究也越来越深入。

本文主要利用软件分析的方法，在了解了声学的基本知识，发动机进气系统噪声的生成机理以及空滤器的声学性能的评定标准后，利用Hypermesh分析软件对进气系统空滤器进行了有限元分析，包括有限元模型的建立，自由、约束模态分析和静力学有限元分析。根据分析结果，得出车内噪声过大的原因。然后针对原因，对空滤器的结构进行改进，通过在其四周中心处和上下壳体顶部添加加强筋的方法，增强了结构的刚度，提高其一阶固有频率，降低了壳体噪声。同时，对空滤器的滤芯和插入管道进行设计，优化了传递损失，提高空滤器内部对中高频噪声的消声性能，来提高了空滤器整个结构的降噪能力。通过实际数据，说明空滤器的优化结果很成功，滤芯和插入管的设计方案可行。

关键词：空滤器；进气噪声；有限元法；传递损失

Abstract

With the economic development and industrial level, the number of cars is increasing, almost every household has more than one car. Car to bring convenience to people at the same time, the noise generated by the human body and the environment has a serious impact. As the air filter on the quality of the noise inside the car, so in order to improve the driving comfort and reduce noise pollution, people on the engine air intake system air filter performance is also

more and more in-depth study.

In this paper, we use the method of software analysis to understand the basic knowledge of acoustics, the generation mechanism of the noise of the engine intake system and the evaluation standard of the acoustic performance of the air filter. The Hypermesh analysis software is used to analyze the air filter of the intake system , Including the establishment of finite element models, free, constrained modal analysis and static finite element analysis. According to the analysis results, the vehicle noise is too large reason. Then, for the reason, the structure of the air filter is improved. By adding the ribs at the center of the surroundings and the upper and lower shells, the stiffness of the structure is enhanced, the first order natural frequency is increased, and the shell noise is reduced. At the same time, the filter and the insertion pipe of the air filter are designed to optimize the transmission loss and improve the muffler performance of the medium and high frequency noise in the air filter to improve the noise reduction capability of the whole structure of the air filter. Through the actual data, that the optimization results of the air filter is very successful, filter and insert tube design is feasible.

Key Words：Air filter；Intake noise；Finite element method；Transmission loss

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 汽车噪声的危害 1

1.1.2汽车噪声的分类及汽车噪声标准 2

1.2汽车进气系统的介绍 3

1.3 进气系统空气滤清器的研究现况 4

1.3.1 空滤器在国外的研究现况 5

1.3.2 空滤器在国内的研究现况 6

1.4 本文的主要研究内容 6

第2章 基本理论 8

2.1 声学基本理论 8

2.1.1 声压的定义 8

2.1.2 声强的定义 9

2.1.3 声功率的概念 9

2.2 进气系统噪声生成机理分析 9

2.2.1 涡流噪声 10

2.2.2 周期性的压力脉动噪声 11

2.2.3 进气道的气柱共振噪声 12

2.2.4 气缸的赫姆霍兹共振噪声 13

2.2.5 罗兹泵噪声 14

2.3汽车空滤器的声学性能评定标准 14

2.4 本章小节 15

第3章 空滤器有限元模型的建立和分析 16

3.1空滤器有限元模型的建立 16

3.1.1 有限元法基本理论 16

3.1.2 导入空滤器的模型 17

3.1.3 空滤器有限元模型的简化处理 18

3.1.4 空滤器有限元模型网格的划分 19

3.2 空滤器有限元模型的模态、静力分析 21

3.2.1 模态分析的基本理论 21

3.2.2空滤器自由模态的分析 23

3.2.3 空滤器约束模态的分析 25

3.2.4 空滤器的静力学有限元分析 28

3.3 本章小结 29

第4章 空滤器结构优化和滤芯、插入管的设计 30

4.1空滤器结构优化设计 30

4.2滤芯的选型 31

4.3 插入管道的设计 34

4.4 本章小结 35

第5章 总结和展望 36

5.1 总结 36

5.2 展望 36

参考文献 37

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着时代的发展，汽车工业日益发展迅猛，这些年汽车数量在持续不断地增加。从国家交通统计局发布的权威数据来看，从以往到 2014 年底，可以发现我国的汽车保有量已经高达 1.54 亿辆，世界排名第二；而在2015 年的国民经济公报上的统计发现，在2015 年年末我国的个人汽车保有量已经上升到1.72 亿辆；根据以上趋势， 可以预判我国汽车保有量将在2020年突破2.80 亿辆，汽车保有量在2014年至2020年这段时间内的复合增长率达到了10.48%。具体数据如表1.1所示：

表1.1 国内汽车销售量

进入21世纪以来，全球经济发展普遍提高，汽车行业的发展也日益迅猛，因此人们对于汽车的需求不仅仅将其当做一种交通工具而更希望在驾驶时有更多乐趣和增加体验，因此希望在驾驶过程中，汽车能平顺行驶，给人一种舒适的感觉，并且基本没有噪声。而政府及相关部门考虑到汽车噪声带来的污染，制定了一系列的法规及汽车噪声标准。随着汽车噪声法规日益严密，人们要求越来严苛，汽车噪声控制已经成为汽车设计一项重要问题。而汽车进气系统噪声是车内噪声的主要来源，故进气系统设计的好坏直接影响到发动机的噪声大小。而在进气系统中，空滤器是其重要组成部分，所以本文主要对某款汽车发动机进气系统的空滤器进行分析研究设计，并进行优化改进，以达到降低噪声的目的。

1.1.1 汽车噪声的危害

噪声对人体能造成是多方面的伤害,公元前七世纪的人类就察觉到噪声让人不舒服，长时间的早剩下会损害身体，甚至死亡。在人体听觉损失危险的标准之下，噪声仍然使人们的工作和生活受到极大的影响,它使人们在与人交谈、想安静思考,睡眠时产生烦躁感、反应变得迟钝,工作效率明显下降,注意力不能,容易造成各种不必要的事故,更为严重的是噪声会损伤人的听觉和损害人的身体健康。研究表明，噪声对人体的影响程度与声压级成正比。由数据可知, 80dB(A) 以下的噪声基本不会引起耳聋; 而80dB(A)到85dB(A) 的噪声会对人体造成比较轻微的听力损害; 如果噪声达到85dB(A)到100dB(A)，会造成一定程度的噪音性耳聋;而噪声超过 100dB(A) 以上时,这时，人耳会受到很大程度的影响，有可能造成永久性失聪。一个人在没有任何准备的前提下,受到非常高强度的暴震性噪声时， 会致使其听力在一瞬间永久丧失,我们称之为暴震性耳聋,这个噪声对人体的危害最大，会使其遭受重创。