CN109339995A - 一种具有降噪功能的进气转接箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有降噪功能的进气转接箱，涉及空滤机进气辅助结构技术领域，包括箱体、固定于所述箱体内的挡水板；所述箱体包括依次连接且围成中空箱体的前面板、后面板、左面板、右面板，以及封闭中空箱体的顶板和底板；所述底板开设有出水孔；所述前面板设有进气口，所述后面板设有出气口，且所述左面板和所述后面板的连接处设有弧形过渡板。本申请的进气转接箱，对尺寸、厚度、重量的合理设计，并增加弧形过渡板,保证刚度的同时，对进气转接箱进行轻量化设计。避开发动机的谐波频率,减少共振现象发生,降低车型进气噪音，提高乘客舒适感。
Description
技术领域
本发明涉及空滤机进气辅助结构技术领域，具体而言，涉及一种具有降噪功能的进气转接箱。
背景技术
NVH为噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20％的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。
进气转接装置主要用于连接进气道和空滤器，用于为发动机提供动力，转接装置一般呈直筒的箱体结构，箱体结构简单,为普通长方体箱体。而现有的进气转接装置普遍存在进气噪音过大问题，严重情况下甚至在进气时会出现明显打鼓声。根据此项问题，发明人开发了一款高端车型的进气转接箱，并对进气转接箱三维模型进行模态仿真分析。
发明内容
本发明公开了一种具有降噪功能的进气转接箱，旨在改善进气转接箱的噪音大的问题。
本发明采用了如下方案：
一种具有降噪功能的进气转接箱，包括箱体、固定于所述箱体内的挡水板；所述箱体包括依次连接且围成中空箱体的前面板、后面板、左面板、右面板，以及封闭中空箱体的顶板和底板；所述底板开设有出水孔；所述前面板设有进气口，所述后面板设有出气口，且所述左面板和所述后面板的连接处设有弧形过渡板。
作为进一步改进，所述箱体的每一面板的厚度均为1-2mm，进气转接箱的重量为4.5-12.0kg。
作为进一步改进，所述弧形过渡板的截面呈圆角状，圆角半径为 80-100mm。
作为进一步改进，所述左面板和右面板之间的距离为360-380mm。
作为进一步改进，所述箱体的每一面板的厚度均为1.5mm，进气转接箱的重量为8.31kg。
作为进一步改进，所述进气转接箱的第一模态的频率为93.5Hz，第二模态的频率为120.8Hz，第三模态的频率为134.1Hz；且刚度为 72648.1N/mm。
作为进一步改进，所述进气转接箱的材质为镀锌板。
作为进一步改进，所述挡水板固定于所述顶板的内壁，且由所述前面板向所述后面板方向倾斜。
作为进一步改进，所述出气口设有圆柱形的出气管，所述出气管倾斜设置于所述后面板的中间区域。
作为进一步改进，所述右面板设有第一台阶部，所述第一台阶部的两边延伸至所述顶板和所述底板；所述前面板设有第二台阶部，所述第二台阶部的两边延伸至所述左面板和所述第一台阶部。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
本申请的进气转接箱，对尺寸、厚度、重量的合理设计，并增加弧形过渡板,保证刚度的同时，对进气转接箱进行轻量化设计。避开发动机的谐波频率,减少共振现象发生,降低车型进气噪音，提高乘客舒适感。
进一步地，通过优选进气转接箱的最优尺寸和厚度，获得各个模态下的频率均与发动机谐波频率差别较大的产品，能够有效避免频率相接近而导致共振现象的产生，降低进气转接箱的噪音。
附图说明
图1是本发明实施例的进气转接箱的结构示意图；
图2是图1中的进气转接箱的俯视图；
图3是本发明实施例的进气转接箱在另一视角下的结构示意图；
图4是对比例1的进气转接箱的结构示意图；
图5是对比例2的进气转接箱的结构示意图；
图6是本发明实施例2中第一阶模态下的位移云图；
图7是本发明实施例2中第二阶模态下的位移云图；
图8是本发明实施例2中第三阶模态下的位移云图。
图标：1-箱体；11-前面板；12-后面板；13-左面板；14-右面板；15- 顶板；16-底板；2-挡水板；3-出水孔；4-进气口；5-出气口；6-弧形过渡板；7-第一台阶部；8-第二台阶部。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
结合图1-3，本实施例提供了一种具有降噪功能的进气转接箱，包括箱体1、固定于箱体内的挡水板2。箱体1包括依次连接且围合成中空箱体的前面板11、后面板12、左面板13、右面板14，以及封闭中空箱体的顶板 15和底板16。底板13开设有出水孔3，用于将箱体1内的积水排出。
进一步地，前面板11设有进气口4，后面板设有出气口5，且左面板和后面板的连接处设有弧形过渡板6。且弧形过渡板6的截面呈圆角状，圆角半径为80-100mm。左面板13和右面板14之间的距离为360-380mm。优选的，本实施例中，圆角半径设为100mm，此时左面板13和右面板14之间的距离为380mm。箱体1的每一面板的厚度均为1-2mm，进气转接箱的重量为4.5-12.0kg。
更为具体地，进气口4的进气截面占前面板11总面积的60％-80％，出气口5的出气截面占后面板12总面积的40％-60％。需要说明的是,总面积为包含进气口/出气口在内的总面积。设置合适大小的进气口4和出气口5，一方面能够满足为发动机提供足够的空气，另一面能够调节单位时间箱体内的气体输送体积，气体输送体积过大，则容易产生过大的噪音，而气体输送体积过小，则无法满足供气需求。
进一步地，进气转接箱的材质为镀锌板，镀锌板是为防止钢板表面遭受腐蚀，在钢板表面涂以一层金属锌，延长其使用寿命。挡水板2固定于顶板15的内壁，且由前面板11向后面板12方向倾斜，倾斜方向恰好是进气口4往出气口5方向，保证了可以遮挡进入箱体1内的水汽等。优选地，挡水板2的倾斜角度为25°-30°。更为优选地，挡水板2的边缘处距离底板的距离为180-200mm。挡水板2的设置过大，则会导致过度阻滞气体输送，导致箱体容易发生振动，更容易与发动机产生共振，而挡水板2设置过小，则无法起到良好的挡水效果。
进一步地，出气口5设有圆柱形的出气管，出气管倾斜设置于后面板 12中间区域，且出气管通过空滤器连通至发动机。出气管朝向底板16方向倾斜，且倾斜方向与水平面之间的夹角为20°-25°。出气管设于中间区域可更好的连通进气口，使得气体更为方便有效的进入出气口5。
进一步地，右面板设有第一台阶部7，第一台阶部7的两边延伸至顶板 15和底板16。前面板11设有第二台阶部8，第二台阶部8的两边延伸至左面板13和第一台阶部7。通过设立的第一台阶部7和第二台阶部8，方便将进气转接箱稳定安装在客车的车身上。且第一台阶部的高度为120mm，第二台阶部的高度为80mm。台阶部的设置使得箱体1内部的容腔呈一定规则变化，容腔面积从进气口4到出气口5逐渐变大。由于第一台阶部7和第二台阶部8均设在靠近进气口4一侧，使得进气口5处的进气容腔较小，直至远离台阶部后，容腔面积变大。使得进入的气体由较小容积缓慢进入，到较大容积时加快进入，保证了气体进入箱体1时由慢至快进而缓慢变化，有效降低了箱体1进气而产生的噪音。
本实施例1中，优选的，进气转接箱的箱体1的圆角半径设为100mm，此时左面板13和右面板14之间的距离为380mm。本实施例中，箱体1的所有面板的厚度为1mm，此时进气转接箱的总重量为5.57kg，刚度为 21897.3N/mm。
实施例2
本实施例提供的进气转接箱的结构与实施例1的区别之处仅在于，箱体1的所有面板的厚度为1.5mm，此时进气转接箱的总重量为8.31kg，刚度为72648.1N/mm。
实施例3
本实施例提供的进气转接箱的结构与实施例1的区别之处仅在于，箱体1的所有面板的厚度为2mm。此时进气转接箱的总重量为11.05kg，刚度为170179N/mm。
对比例1
请参阅图4，本对比例提供一种进气转接箱，其与实施例1的区别之处仅在于，左面板13和右面板14之间的距离为280mm，且左面板和后面板直接连接，不存在实施例1中的弧形过渡板和第一台阶部。此时箱体的总重量为4.56kg，刚度为6175.3N/mm。
对比例2
请参阅图5，本对比例提供一种进气转接箱，其与实施例1的区别之处仅在于，左面板13和右面板14之间的距离仍为380mm，但左面板13和后面板12直接连接，不存在实施例1中的无弧形过渡板6。此时箱体的总重量为5.72kg，刚度为19175.8N/mm。
模态仿真分析
利用HyperWorks软件对实施例1、对比例1和对比例2提供的进气转接箱进行了模态仿真分析，结果见表1-1。
表1-1进气转接箱在相同壁厚，不同尺寸、重量下的模态频率
刚度值低的转接箱代表转接箱强度低。需要说明的是，一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型。二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率(第二阶)两倍的时候出现的，此时物体的振动形态叫做二阶振型。三阶模态是外力的激励频率是物体固有频率(第三阶)三倍的时候出现的，此时物体的振动形态叫做三阶振型。
更为具体地，发动机进气噪音主要是由进气门周期性开闭而产生的压力起伏引起的，它的主要频率受发动机转速影响，其计算公式如下：
其中n为发动机转数，i为发动机缸数，τ为冲程数。以下为客车的发动机参数：
进而分析可得：
对比例1的一阶模态(36.8Hz)与发动机的一次谐波频率(27.5Hz) 较为接近。因为一次谐波的能量是所有谐波中最大的，所以两者数值接近，容易引起转接箱与发动机发生共振，产生进气噪音。并且方案1刚度值偏低，在车行驶过程中刚度值低的转接箱由于强度低可能会与车身一起发生震动。
对比例2的三阶模态(83.4Hz)与发动机三次谐波频率(82.5Hz)较为接近。虽然三次谐波的能量比一次谐波的能量要小的多但是仍然不可忽略，所以两者数值接近也会些许引起转接箱与发动机发生共振，产生进气噪音。
实施例1的所有模态均与发动机的谐波频率相避开，并且刚度值最大。故优选实施例1的进气转接箱为本次设计车型的进气转接箱。实施例1对尺寸、厚度、重量的合理设计，并增加弧形过渡板,保证刚度的同时，且轻量化设计。避开发动机的谐波频率,减少共振现象发生,降低车型进气噪音，提高乘客舒适感。
更进一步地，利用HyperWorks软件对实施例1-3提供的进气转接箱进行了模态仿真分析，结果见表1-2。
表1-2进气转接箱在相同尺寸，不同壁厚、重量下的模态频率
根据上表分析可以得出实施例2和实施例3中，选用壁厚1.5mm、壁厚 2mm的进气转接箱的所有模态均可以避开发动机各阶谐波频率。当然壁厚 1.5mm的进气转接箱比壁厚2.0mm的转接箱重量更轻，根据车身轻量化的要求优选实施例2，壁厚为1.5mm的转接箱为具有最优效果的进气转接箱。
综合上述分析，优选实施例2中，进气转接箱的箱体1的圆角半径为 100mm，顶板和底板的左右方向长度为380mm，厚度设为1.5mm，此时箱体的总重量为8.31kg，刚度为72648.1N/mm。此时，进气转接箱的第一模态的频率为93.5Hz，第二模态的频率为120.8Hz，第三模态的频率为134.1Hz，完全避开发动机的各阶谐波频率，避免频率相接近而导致共振现象的产生。
请参阅图4-图6，分别为实施例2的第一阶模态、第二阶模态、第三阶模态下的位移云图。通过对模态的振型分析，本实施例2在各阶模态下的位移幅值如图所示。可以明显看出，图6中的第一阶模态下的位移云图中的最大幅值点集中于挡水板上，其余地方没有明显的位移现象。因为第一阶模态的频率(93.5Hz)是发动机一次谐波频率(27.5Hz)的3.4倍左右，远远避开，几乎不产生共振现象。图7中的第二阶模态下的位移云图中的最大幅值点集中于顶板和底板上，其余地方没有明显的位移现象。此时第二阶模态频率(120.8Hz)是发动机二次谐波频率(55Hz)的2.2倍左右，仍可避免共振现象的产生。图8中的第三阶模态下的位移云图中的最大幅值点集中于左面板、右面板以及底板上，其余地方没有明显的位移现象。此时第三阶模态频率(134.1Hz)是发动机二次谐波频率(82.5Hz)的 1.6倍左右，因为三次谐波的能量是所有谐波中最小的，所以两者数值倍率虽相差较小，仍可避免共振现象的产生。
进一步地，将实施例2和对比例1的进气转接箱安装在客车上，进行噪音测试。测试结果为，对比例1产生的噪音为87.1分贝，而实施例2产生的噪音为84.1分贝。由测试结果可得，实施列2中，进气转接箱的箱体 1的圆角半径设为100mm，此时左面板13和右面板14之间的距离为380mm，箱体1的所有面板的厚度为1.5mm，此时进气转接箱的总重量为8.31kg，刚度为72648.1N/mm。实施例2对尺寸、厚度、重量的设计最为合理，避开了发动机的谐波频率,减少共振现象发生,可以降低进气噪音达3分贝。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有降噪功能的进气转接箱，其特征在于，包括箱体、固定于所述箱体内的挡水板；所述箱体包括依次连接且围成中空箱体的前面板、后面板、左面板、右面板，以及封闭中空箱体的顶板和底板；所述底板开设有出水孔；所述前面板设有进气口，所述后面板设有出气口，且所述左面板和所述后面板的连接处设有弧形过渡板。
2.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述箱体的每一面板的厚度均为1-2mm，进气转接箱的重量为4.5-12.0kg。
3.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述弧形过渡板的截面呈圆角状，圆角半径为80-100mm。
4.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述左面板和右面板之间的距离为360-380mm。
5.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述箱体的每一面板的厚度均为1.5mm，进气转接箱的重量为8.31kg。
6.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述进气转接箱的第一模态的频率为93.5Hz，第二模态的频率为120.8Hz，第三模态的频率为134.1Hz；且刚度为72648.1N/mm。
7.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述进气转接箱的材质为镀锌板。
8.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述挡水板固定于所述顶板的内壁，且由所述前面板向所述后面板方向倾斜。
9.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述出气口设有圆柱形的出气管，所述出气管倾斜设置于所述后面板的中间区域。
10.根据权利要求1所述的进气转接箱，其特征在于，所述右面板设有第一台阶部，所述第一台阶部的两边延伸至所述顶板和所述底板；所述前面板设有第二台阶部，所述第二台阶部的两边延伸至所述左面板和所述第一台阶部。
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