ＺＨＩ Ｓｈｕ—ｙａ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎｇ－ｘｉｎｇ
（Ｊｉｎｇｌｉｎｇ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６９，Ｃｈｉｎａ）
； 【摘要】排气系统的振动必然会引起汽车整车的振动和噪声，从而影响汽车的整车性能，特剐是 ｝在汽车乘坐舒适Ｉ｝生方面表现得尤为严重。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ工具建立排气系统的简化模型，对其进行赣 ｌ率有限元分析，研究在一定频率范围内，影响振幅和噪音的主要因素，通过改变排气系统挂钩吊耳的悬 ｝桂位置，减小排气系统的最大振幅，实现对排气系统进行优化设计。根据计算分析得出减小排气系统振 ｌ动的优化方案，确定排气系统挂钩吊耳的最佳安装位置，为汽车排气系统或其他零件的设计和安蓑提
学．２００６：２７—２８．
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图１ １优化后的频率有限元分析
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由表２和图１２可知．优化后的最大振幅位移由原来的 ３．５２８ｃｍ降低列１．７０ｅｍ以下，呵见优化后的最大振幅数值明硅
４优化设计
优化思路：在变形较大的位置添加吊耳．振动振幅会减小刚０１。 所以在消爵器前端和消爵器ｊ毫端各添加－一个吊耳．如图１０所尔。
下降，降幅达５０．４％，从而使整体排气系统的振动和噪声都会相
万方数据
６０
智淑亚等：汽车排气系统频率有限元分析及优化设计
第１０期
排出车外的重要零件。整个排气系统Ｔ作效率的高低取决于排气 歧管的设计，对排气歧管的长度、弧度和Ｌｊ径要求非常严格。 国内排气歧管一般为蠕墨铸铁制造，ｆ｝１于排气歧管是形状 较复杂的薄壁铸件，常采用砂型铸造，也可采用消失模铸造Ｉ！Ｉ。 建模的基础数据为排气歧管进ｕ尺寸ｑｂ５０ｍｍ。排气歧管尾 部的固定螺栓孑Ｌ肉对排气系统的频率有限冗分析影响很小，故省
万方数据
图４排气系统装配模型
图８位移网比较
３排气系统频率的有限元分析
３．１排气系统的网格化
排气系统结构、各零部件材料、制造工艺、整体质量等都会 影响排气系统的振动ｆ６｜。实践证明，连接车身和排气系统的吊耳是 控制振动的关键所在川。吊耳作为排气系统的承重与隔振部件。起 着悬挂排气系统，且具有把来自排气系统的激励与车身隔离的作 用。吊耳的材料、结构和振动特性参数对排气系统振动的影响较 大同。首先分析不同丁况即不同频率下排气系统的振幅大小。用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对排气系统进行网格划分，网格划分后，通过算例显
略。
示网格化的排气系统模型．如｜刳５所尔。（模型所示箭头表示施加 于排气系统各部分且等同于该部分蚕力的外载倚，排气歧管右端 绿色区域表示被夹具同定）。
排气尾管的功用是收集消音器巾的废气并排｝ｆ｛车外。现代 轿车排气尾管常镀铬以增加美观性㈤。 排气歧管的ｉ维简化模型．如图２所示，排气尾管简化模 型．如图３所示，装配成完整的排气系统，如图４所示。
ｌ ２
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉ。ｎ ｓｃｈｅｍｅ
６ｅ ｒｅ以如ｅｄ ｂｙ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ舻ｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｈａｎｇｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｏｆｌｕｇｓ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ
；ｉｎｓ￡亩ｌａｔｗｎ
应降低。５ຫໍສະໝຸດ 束语论述了汽车排气系统的振动问题，对汽Ｉ：排气系统共振频 率进行了有限冗分析．提ｆｌｊ减少振动的优化办法，得ｊ｛｛了通过改
然后冉进行频率有限Ｊｉ分析，将得｝１１的各项数据与优化Ｉｊ仃的数据
进行对比．以确定吊ｌ干安装的最佳位骨．
变排气系统挂钩吊耳安装位置减少排气系统振动的优化方案：如 果对吊耳位髓再进行细致调整．对吊耳的弹性约束大小进行精确 计算．优化结果将会更好．这‘Ｅ仅仅提供这种研究方法、虽然汽车 排气系统往１：作过程中的振动是不可避免的．但利用仿真分析和 优化设计等现代设计技术和方法．可以使振动达到最小，噪音最 低，提高乘唑汽车的舒适度。、同时．也为减小汽车系统或其他零部
Ｋｅｙ
ｏｆ ｚｈｅ ｅ戈ｈａｎｓｔ
ｓ弘抛ｍ。ｒ。ｔｈｅｒ ｐａｒｔ豇 Ｅｌｅｍｅｎｔ
Ｗｏｒｄｓ：ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；Ｅｘｈａｕｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｆｉｎｉｔｅ
Ａｍｌｙｓｉｓ；ｏＩ岫蛾脚
中图分类号：ＴＨｌ６；Ｖ４６３．１３４＋．４文献标识码：Ａ
１前言
汽车排气系统一般通过法兰吊耳与发动机排气歧管及车身 底板相连接。在汽车行驶中，排气系统由于受到发动机振动和排 气激励的影响会产生较大的振动，而振动能量通过橡胶吊耳和挂 钩传递给车身底板，引起车身振动并产生车内噪声【１１。因此如何降 低排气系统传递给车身底板的振动能量，减少车身的振动及噪声 水平，是排气系统设计时需要重点关注的问题ｐ。 通过数值模型和试验模态分析来优化排气系统的结构及选定 排气系统挂钩吊耳的最佳悬挂位置是现代机械设计的有效方法目。 由于模型结构的复杂性，在采用数值方法分析时，建立准确的数值 分析模型是汽车排气系统优化设计的关键。叙述如何利用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ对排气系统各零部件进行简化建模并装配．然后利用该 软件对排气系统进行频率有限元分析，从而得出吊耳排布方式的各 种数据，并对数据进行分析，确定减小排气系统振动的优化方案。
件的振动问题提供了一种可行的研究思路．
参考文献
阁１０吊耳安装位置
Ｉ］张崦．黄宏成．汽油直接喷射系统排气系统的结掏介绍［Ｊ１．ｓｔｑｅｎｃｅ＆
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
在添加吊耳的两他段增加弹性约束，设每处大小均为。按照 前述方法对模型进行有限元分析。分析结果．如图ｌ １所爪。右栏
显示的分析数据中．各片‘阳景大振幅位移．㈣表：昕示
２排气系统的建模
某轿车排气系统结构，如图ｌ所示。在不影响分析结果的前 提下，为使零件建模更简单，需对零件进行简化。
简化后的排气系统主要由排气歧管和捧气尾管组成，其它 部分建模省略。 排气歧管的功用是将引擎各气缸排出的废气汇集到一起再
★来稿刚朝：２０１ｌ—１２—２６★基金项目：金陵科技学院基金资助项Ｉ｜（１ｉｔ—ｎ－２０１１０６）
万方数据
Ｎｏ．１０
０（・ｔ．２０】２
杵例靠休：弹例ｉ 【车ｌ解类州：翱串ｆｔ侈ｌ
机械设计与制造
６ｌ
如图１２所示，网１２中水平啦标为吊耳安装位嚣．竖直坐标为最 大振幅位移。
擞止彤状：ｌ敦俄＝３３．２５２ｔｔｚ 僚体假：０到３．５２９２５ｍ
４．００
３．００ 一 Ｅ
五２．００
算
一 １．００
／。 ∥
／
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／‘
１．排气歧管２．前摊气管３催化反应器４．剿ｌｌｔｔ４ＣＵ
５．副消音器６．后捧气管７．主消音器＆ｊｐ伲臂
简化原则：尽量减小建模的复杂度。尽量不引起结构嘲度的
改变一。
图ｌ撂气系统结构
简化步骤：（１）将对结构喇度影响较小的附件除去，自重用 外载荷替代；（２）简化复杂结构；（３）简化各零部件之同的焊接关
系。
罔５网格化模刊
３．２共振频率分析
在算例管理器中右击“算例１”，在弹｝｛｛的菜单中选择“运
行”，如图６所示。或单击算例丁具栏Ｉ－的“运行”网标瞄，系统弹
｝｛｛运行进度窗口开始运行分析计算，如图７所示．
图２排气歧管的简化模型
网６选择”运行”
罔３排气尾管的简化模犁
图７算例分析中 系统进行频率分析后，会生成不同Ｔ．况下的振幅分布图解， 这里选择生成的其中４副位移网进行分析．如图８所示。
图巾左上角为模式形状啦移图解．系统从小到大选出４个
不同频率，分别表示４种不同—ｒ．况。右边一栏为分析数据，图中各
零件显示的颜色一一对应色带颜色，振动位移随颜色的变化而变
化，其中顶端红色表示振幅最大，底端蓝色表示振幅最小。 由图８可知，从排气歧管到排气尾管振幅都呈现南小变大 的趋势。以频率为３３．２５Ｈｚ的Ｔ况为例具体分析，在整个排气系 统管长中取间隔相等的７个参考位置，由ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中自带的 探测结果可得出振幅位移图，如图９所示。分析该图得到最大振 幅位移数据，如表ｌ所示。
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ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
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ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｐｅ咖ｒｍ帆ｃｅ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅｎｅｓｓ ｏｆｃ奶．７‰ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ／ｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅ－
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．２００６．２９（２）：２３－２６．
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