Шум, вибрация и жесткость

Введение

Эта глава дает краткий обзор того, как параметры шума, вибрации и жесткости (NVH) проявляются в автомобиле, и какие корректирующие меры возможны.

Что понимается под термином NVH в автомобилестроении

• N = Шум - Звук, можно слышать
• V = Вибрация - Колебание, можно чувствовать
• H = Жесткость, ее влияние можно слышать и чувствовать

Типы шумов в технологии NVH

• Шумы в автомобили классифицируются по их тональности:
  • Низкая тональность - рев, гудение
  • Средняя тональность - жужжание, треск
  • Высокая тональность - вой, свист, писк
• Громкий вой и свист болезненно воздействуют на уши.

Как различный шум проникает в автомобиль:

• Низкотональный шум главным образом производится двигателем.
• Низкотональный шум также вызывается дорожным покрытием, особенно, если дорожное полотно неровно. Это - форма(гудения, которое может ощущаться людьми, находящимися в автомобиле, как вибрация.
• Однако, высокотональный шум, который воспринимается как вой или свист, часто является шумом воздушного потока (шумом ветра) или исходит из таких элементов, как генератор, насос усилителя рулевого управления или приводной ремень.
• Имеется также гремящий шум, который может возникать при движении по неровной дороге. «Дергающиеся» шумы производятся, например, амортизаторами, элементами шасси или незакрепленными элементами внутри автомобили.

Распространение звуковых волн в воздухе

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Источник звука, например, двигатель
2	-	Звуковая волна
3	-	Амплитуда

Звук это распространение продольных волн в форме изменений давления в воздухе.

Передача звука через кузов

Звук передается жидкостями или твердыми телами, например, кузовом автомобиля.

Скорость передачи (скорость звука) в жидкостях или твердых телах зависит от материала, но вообще быстрее чем скорость в воздухе (быстрее приблизительно в 5 раз).

Комбинация передачи по воздуху и твердыми телами

ПРИМЕЧАНИЕ: Передача звука по воздух и твердыми телами имеет главное значение в автомобильной технике.

Передача шума в автомобиле

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Прохождение звука по воздуху
2	-	Звуковые колебания

Пример:

• Источник шума - двигатель. Шумы двигателя:
• проходят прямо по воздуху
• передаются как вибрации от двигателя к кузову и «излучаются» в салон автомобиля по воздуху, например, перегородкой.

Вибрации

• Частоты ниже 20 Гц (низкие частоты) и превышающие 20 кГц (высокие частоты) не воспринимаются человеческим ухом.
• Двигатель установлен таким образом, чтобы вследствие неровности дороги вертикально колебаться на своих упругих опорах.
• Ненастроенные опоры двигателя будут передавать колебания к кузову и, следовательно, людям, находящимся в автомобиле.
• Действуют следующие основные правила:
  • В автомобилестроении следует учитывать не только звуковые частоты, но также и неслышимые (низкие) частоты.
  • Низкочастотные колебания обычно можно заметить (большие амплитуды).
  • Высокочастотные колебания можно слышать, но они также будут восприниматься как колебания пола, рулевого колеса или сиденья.

Резонанс

• Каждый кузов имеет собственную частоту вибрации.
• Если система, способная вибрировать, возбуждается со своей собственной частотой вибрации, она начнет резонировать.
• Неровная работа двигателя проявляется, например, когда достигается резонансная частота (критическая частота вращения коленчатого вала двигателя).
• После увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя выше этого значения, двигатель очень скоро снова начинает работать ровно.

Демпфирование

• Если демпфер установлен параллельно пружине, характеристика демпфирования направлена на уменьшение перемещения кузова.
• Также работает амортизатор на автомобиле.
• Демпфирование влияет на резонанс предмета или системы.
• Перемещаемая масса демпфируется посредством правильно работающего амортизатора, таким образом немедленно останавливая колебание кузова.
• Амортизатор в автомобиле - это демпфер(гаситель колебаний), который позволяет кузову колебаться с постепенным затуханием колебаний.

Колебание

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Незатухающее колебание (недемпфируемое)
2	-	Затухающее колебание

Изоляция

В технологии колебаний термин «изоляция» означает разделение элементов и систем. Пример:

• Двигатель устанавливается на пружинных элементах, так, чтобы автомобилю передавались как можно малые колебания.
• В автомобилестроении в качестве изоляции почти всегда используется резиновая подушка (опора). Упругость резины действует подобно пружине.
• Эффективность этого типа разделения зависит от конструкции элемента.

Направленная нагрузка резиновой подушки, чтобы обеспечивать оптимальную изоляцию

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Двигатель
2	-	Опора двигателя

Поглощение

• Звуковые волны отражаются от твердых поверхностей
• Если они встречают мягкие поверхности, они поглощаются. Здесь важную роль играет и материал и толщина материала.

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Отражение звуковых волн
2	-	Поглощение звуковых волн

Пример:

• Все элементы звукоизоляции, такие как отделка дверей, коврики, обшивка потолка, вещевые полки и сиденья снимаются с автомобиля.
• Результат этого - то, что звук отражается прямо (уровень звука возрастает), и создается эффект концертного зала.

Характер шума и колебаний в автомобиле

Люди, находящиеся в автомобиле, воспринимают звуки или шумы, различные по уровню, в зависимости от того, где они находятся.

Звуковая/ шумовая волна (стоячая волна) в автомобиле

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Водитель находится в «мертвой зоне»
2	-	Задний пассажир находится в зоне «вала волны»

Характер шума и колебания в системах впуска и выпуска

Система впуска автомобиля как источник звука, переносимого по воздуху, и звука, переносимого твердым телом



Система выпуска автомобиля как источник звука, переносимого по воздуху, и звука, переносимого твердым телом




Пути, по которым передается звук

• Верхний рисунок показывает пути, по которым звук может передаваться от систем впуска и выпуска.
• Кроме звука, переносимого по воздуху, в обеих системах преобладает звук, переносимый твердым телом. Чтобы держать это соотношение как можно меньшим, для этого типа колеблющихся элементов необходимо, чтобы они соединялись с кузовом, используя жесткие соединения.
• Система выпуска - это особенно колеблющийся элемент и она требует оптимальной изоляции посредством подсоединения ее к полу, а также хорошей разводки и расположения мест крепления, чтобы уменьшить передачу звука твердым телом.

Система впуска

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Впускной коллектор
2	-	Соединительный шланг
3	-	Фиксирующий элемент (закрепление с использованием резины)
4	-	Воздушный фильтр
5	-	Резонатор

• Объем и длина систем впуска точно соответствуют друг другу. В процессе обслуживания или ремонта не могут быть произведены никакие изменения. При подсоединении элементов (шлангов и трубопроводов) обратите внимание на воздухонепроницаемость всех соединений.
• Поверхности всех элементов, подверженных сильным изменениям давления в системе впуска, особенно подвергаются сильным колебаниям.
• Влияния температуры, такое как нагревание корпуса воздушного фильтра, может вызывать изменения в жесткости поверхностей.
• Чтобы предотвратить передачу звука, вызываемого колебаниями поверхности системы впуска, кузову автомобиля, в процессе обслуживания следует учитывать следующие моменты:
  • Вся система впуска должна быть изолирована от кузова и закреплена в резиновых втулках без возникновения каких-либо напряжений.
  • Воздушные каналы системы впуска не должны контактировать с элементами кузова.
  • Вставная пеноизоляция в месте контакта с кузовом или другими элементами.

Конструкция системы выпуска

Поз.	№ Запасной Части	Наименование
1	-	Каталитический нейтрализатор
2	-	Разделительный элемент
3	-	Передний глушитель
4	-	Задний глушитель

• Системы выпуска должны быть установлены без каких-либо деформаций.

ПРИМЕЧАНИЕ: Резиновые подушки, в которых подвешивается система выпуска, также передают колебания, и при некоторых условиях также могут вызывать проблемы с шумом. По этой причине важно, чтобы система выпуска была установлена без деформаций.

• Резиновые подушки не должны быть «растянуты».
• Выпускной коллектор и каталитический нейтрализатор (если установлен прямо на двигатель) должны иметь жесткое подсоединение к двигателю (без разъемов в кронштейнах).
• Простая проверка проблемы:
  • Снимите все опоры, на которых подвешивается система выпуска.
  • Подвесьте систему выпуска на шнурах в двух местах, максимум.
  • Проверьте уровень шума в салоне автомобиля в процессе дорожного испытания.
  • Если это снимает проблему, причиной шума являются опоры системы выпуска.
  • Установите опоры системы выпуска на место, по одной за раз, и выполните дорожное испытание автомобиля после установки каждой.
  • Продолжая поэтапно таким образом, можно найти опору, которая вызывает шум в салоне автомобиля.

Кузов в сборе

Назначение

• К кузову автомобиля предъявляются различные требования, особенно при движении автомобиля. Преобладающими являются вибрации, вызываемые, главным образом, другими элементами автомобили, такими как двигатель и опоры. Поэтому кузов - это один из наиболее важных элементов автомобиля по параметрам NVH.
• Описанные элементы автомобиля в соответствии с их функциями были индивидуальным самостоятельными источниками шума. Но кузов соединяет и размещает все элементы автомобили.
• Кузов подвергается вибрации от звука, переносимого по воздуху и переносимого твердыми телами.
• Кузов в сборе должен поглощать все колебания и импульсы от всех элементов и, если возможно, не передавать их в салон автомобиля.
• Самыми большими параметрами NVH на кузове характеризуются стальные панели крыши, боковин и пола. Они строго стимулируются конструкцией кузова и работают подобно громкоговорителю, передающему шум.

Дополнительные требования к кузову

• Хорошее поведение при столкновении
• Большое внутреннее пространство
• Коррозиеустойчивость
• Небольшая масса
• Хорошая аэродинамическая форма

Между этими моментами следует сделать компромисс. Один пример - это между высокой жесткостью кузова для обеспечения хороших характеристик NVH и хорошего поглощения энергии при столкновении за счет использования деформируемых зон.

Пример:

• Водонепроницаемость не означает звуконепроницаемость, поэтому следует принять во внимание следующие моменты:
  • Правильная установка окон.
  • Правильная установка уплотнений.

• Дополнительные моменты
  • Отверстия в моторном отделении
  • Уплотнения дверей и окон
  • Отверстия отопителя и вентиляции
  • Сливные шланги люка крыши

• Лонжероны и поперечины кузова часто являются каналами передачи звука. Возможные корректирующие меры:
  • Установка перегородок в критических местах, таких как стыки между лонжероном и стойкой «А», чтобы обеспечить хорошую звукоизоляцию для звука, передаваемого по воздуху.
  • Установка заглушек из пенопласта в проблемных зонах.
  • Заполнение полых секций пенопластом.

ПРИМЕЧАНИЕ: Элементы из пенопласта и пенонаполнение используются при изготовлении автомобилей, чтобы уплотнить места передачи звука, передаваемого по воздуху. Если проблема заключается в ветре, шинах, двигателе или в дорожном шуме, следует проверить положение элементов из пенопласта.