Шум, вібрація та жорсткість

Вступ

Цей розділ дає короткий огляд того, як параметри шуму, вібрації та жорсткості (NVH) виявляються в автомобілі, і які коригувальні заходи можливі.

Що розуміється під терміном NVH в автомобілебудуванні

• N = Шум - Звук, можна чути
• V = Вібрація - Коливання, можна відчувати
• H = Жорсткість, її вплив можна чути та відчувати

Типи шумів у технології NVH

• Шуми в автомобілі класифікуються за їхньою тональністю:
  • Низька тональність - рев, гудіння
  • Середня тональність - дзижчання, тріск
  • Висока тональність - виття, свист, писк
• Гучне виття та свист болісно впливають на вуха.

Як різний шум проникає в автомобіль:

• Низькотональний шум головним чином виробляється двигуном.
• Низькотональний шум також викликається дорожнім покриттям, особливо якщо дорожнє полотно нерівне. Це форма (гудіння, яке може відчуватися людьми, що знаходяться в автомобілі, як вібрація.
• Однак високотональний шум, який сприймається як виття або свист, часто є шумом повітряного потоку (шумом вітру) або виходить з таких елементів, як генератор, насос підсилювача кермового керування або приводний ремінь.
• Є також шум, що може виникати при русі по нерівній дорозі. «Смикаються» шуми виробляються, наприклад, амортизаторами, елементами шасі або незакріпленими елементами всередині автомобілі.

Поширення звукових хвиль у повітрі

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Джерело звуку, наприклад, двигун
2	-	Звукова хвиля
3	-	Амплітуда

Звук це поширення поздовжніх хвиль у формі змін тиску повітря.

Передача звуку через кузов

Звук передається рідинами чи твердими тілами, наприклад, кузовом автомобіля.

Швидкість передачі (швидкість звуку) в рідинах або твердих тілах залежить від матеріалу, але взагалі швидше ніж швидкість повітря (швидше приблизно в 5 разів).

Комбінація передачі повітрям і твердими тілами

ПРИМІТКА: Передача звуку повітрям і твердими тілами має головне значення в автомобільній техніці.

Передача шуму в автомобілі

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Проходження звуку повітрям
2	-	Звукові коливання

Приклад:

• Джерело шуму - двигун. Шуми двигуна:
• проходять прямо в повітрі
• передаються як вібрації від двигуна до кузова і «випромінюються» в салон автомобіля повітрям, наприклад, перегородкою.

Вібрації

• Частоти нижче 20 Гц (низькі частоти) і перевищують 20 кГц (високі частоти) не сприймаються людським вухом.
• Двигун встановлений таким чином, щоб унаслідок нерівності дороги вертикально вагатися на своїх пружних опорах.
• Ненастроєні опори двигуна передаватимуть коливання до кузова і, отже, людей, що знаходяться в автомобілі.
• Діють такі основні правила:
  • У автомобілебудуванні слід враховувати як звукові частоти, а й нечутні (низькі) частоти.
  • Низькочастотні коливання можна помітити (великі амплітуди).
  • Високочастотні коливання можна чути, але вони також сприйматимуться як коливання підлоги, кермового колеса або сидіння.

Резонанс

• Кожен кузов має власну частоту вібрації.
• Якщо система, здатна вібрувати, порушується зі своєю частотою вібрації, вона почне резонувати.
• Нерівна робота двигуна проявляється, наприклад, коли досягається резонансна частота (критична частота обертання колінчастого валу двигуна).
• Після збільшення частоти обертання колінчастого валу двигуна вище цього значення, двигун дуже скоро знову починає працювати рівно.

Демпфування

• Якщо демпфер встановлено паралельно до пружини, характеристика демпфування спрямована на зменшення переміщення кузова.
• Також працює амортизатор на автомобілі.
• Демпфування впливає на резонанс предмета чи системи.
• Переміщувана маса демпфується за допомогою амортизатора, що правильно працює, таким чином негайно зупиняючи коливання кузова.
• Амортизатор в автомобілі - це демпфер (гаситель коливань), який дозволяє кузову коливатися з поступовим згасанням коливань.

Коливання

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Незагасне коливання (недемпфоване)
2	-	Загасне коливання

Ізоляція

У технології коливань термін «ізоляція» означає поділ елементів та систем. Приклад:

• Двигун встановлюється на пружинних елементах, щоб автомобілю передавалися якомога малі коливання.
• В автомобілебудуванні як ізоляція майже завжди використовується гумова подушка (опора). Гнучкість гуми діє подібно до пружини.
• Ефективність цього розділення залежить від конструкції елемента.

Спрямоване навантаження гумової подушки для забезпечення оптимальної ізоляції

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Двигун
2	-	ОПОРА двигуна

Поглинання

• Звукові хвилі відбиваються від твердих поверхонь
• Якщо вони зустрічають м'які поверхні, вони поглинаються. Тут важливу роль відіграє матеріал та товщина матеріалу.

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Відображення звукових хвиль
2	-	Поглинання звукових хвиль

Приклад:

• Всі елементи звукоізоляції, такі як оздоблення дверей, килимки, обшивка стелі, речові полиці та сидіння знімаються з автомобіля.
• Результат цього - те, що звук відбивається прямо (рівень звуку зростає), і створюється ефект концертного залу.

Характер шуму та коливань в автомобілі

Люди, які перебувають у автомобілі, сприймають звуки чи шуми, різні за рівнем, залежно від цього, де вони перебувають.

Звукова/ шумова хвиля (стояча хвиля) в автомобілі

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Водій знаходиться у «мертвій зоні»
2	-	Задній пасажир знаходиться в зоні "валу хвилі"

Характер шуму та коливання в системах впуску та випуску

Система впуску автомобіля як джерело звуку, що переноситься повітрям, і звуку, що переноситься твердим тілом



Система випуску автомобіля як джерело звуку, що переноситься повітрям, і звуку, що переноситься твердим тілом




Шляхи, якими передається звук

• Верхній малюнок показує шляхи, якими звук може передаватися від систем впуску та випуску.
• Крім звуку, що переноситься повітрям, в обох системах переважає звук, що переноситься твердим тілом. Щоб тримати це співвідношення як можна меншим, для цього типу елементів, що коливаються необхідно, щоб вони з'єднувалися з кузовом, використовуючи жорсткі з'єднання.
• Система випуску - це елемент, що коливається, і вона вимагає оптимальної ізоляції за допомогою приєднання її до підлоги, а також гарного розведення і розташування місць кріплення, щоб зменшити передачу звуку твердим тілом.

Система впуску

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Впускний колектор
2	-	З'єднувальний шланг
3	-	Фіксуючий елемент (закріплення з використанням гуми)
4	-	Повітряний фільтр
5	-	Резонатор

• Обсяг та довжина систем впуску точно відповідають один одному. У процесі обслуговування або ремонту не можуть бути зроблені жодні зміни. При підключенні елементів (шлангів та трубопроводів) зверніть увагу на повітронепроникність усіх з'єднань.
• Поверхні всіх елементів, схильних до сильних змін тиску в системі впуску, особливо піддаються сильним коливанням.
• Вплив температури, такий як нагрівання корпусу повітряного фільтра, може викликати зміни жорсткості поверхонь.
• Щоб запобігти передачі звуку, що викликається коливаннями поверхні системи впуску, кузову автомобіля, в процесі обслуговування слід враховувати наступні моменти:
  • Вся система впускання повинна бути ізольована від кузова і закріплена в гумових втулках без виникнення будь-яких напруг.
  • Повітряні канали системи впуску не повинні контактувати з елементами кузова.
  • Вставна піноізоляція у місці контакту з кузовом або іншими елементами.

Конструкція системи випуску

Поз.	№ Запасної Частини	Найменування
1	-	Каталітичний нейтралізатор
2	-	Розділовий елемент
3	-	Передній глушник
4	-	Задній глушник

• Системи випуску мають бути встановлені без будь-яких деформацій.

ПРИМІТКА: Гумові подушки, в яких підвішується система випуску, також передають коливання, і за деяких умов можуть викликати проблеми з шумом. Тому важливо, щоб система випуску була встановлена без деформацій.

• Гумові подушки не повинні бути «розтягнуті».
• Випускний колектор та каталітичний нейтралізатор (якщо встановлено прямо на двигун) повинні мати жорстке під'єднання до двигуна (без роз'ємів у кронштейнах).
• Проста перевірка проблеми:
  • Зніміть усі опори, на яких підвішується система випуску.
  • Підвісьте систему випуску на шнурах у двох місцях максимум.
  • Перевірте рівень шуму в салоні автомобіля у процесі дорожнього випробування.
  • Якщо це вирішує проблему, причиною шуму є опори системи випуску.
  • Встановіть опори системи випуску на місце по одній за раз і виконайте дорожнє випробування автомобіля після встановлення кожної.
  • Продовжуючи таким чином поетапно, можна знайти опору, яка викликає шум у салоні автомобіля.

Кузов у зборі

Призначення

• До кузова автомобіля пред'являються різні вимоги, особливо під час руху автомобіля. Переважними є вібрації, що викликаються головним чином іншими елементами автомобілі, такими як двигун і опори. Тому кузов - це один із найважливіших елементів автомобіля за параметрами NVH.
• Описані елементи автомобіля відповідно до їх функцій були індивідуальними самостійними джерелами шуму. Але кузов з'єднує та розміщує всі елементи автомобілі.
• Кузов піддається вібрації від звуку, що переноситься повітрям і переноситься твердими тілами.
• Кузов у зборі повинен поглинати всі коливання та імпульси від усіх елементів та, якщо можливо, не передавати їх у салон автомобіля.
• Найбільшими параметрами NVH на кузові характеризуються сталеві панелі даху, боковин та підлоги. Вони строго стимулюються конструкцією кузова і працюють подібно до гучномовця, що передає шум.

Додаткові вимоги до кузова

• Гарна поведінка при зіткненні
• Великий внутрішній простір
• Корозійнестійкість
• Невелика маса
• Гарна аеродинамічна форма

Між цими моментами слід зробити компроміс. Один приклад - це між високою жорсткістю кузова для забезпечення хороших характеристик NVH і хорошого поглинання енергії при зіткненні за рахунок використання зон, що деформуються.

Приклад:

• Водонепроникність не означає звуконепроникність, тому слід взяти до уваги такі моменти:
  • Правильне встановлення вікон.
  • Правильне встановлення ущільнень.

• Додаткові моменти
  • Отвори в моторному відділенні
  • Ущільнення дверей та вікон
  • Отвори обігрівача та вентиляції
  • Зливні шланги люка даху

• Лонжерони та поперечки кузова часто є каналами передачі звуку. Можливі коригувальні заходи:
  • Встановлення перегородок у критичних місцях, таких як стики між лонжероном та стійкою «А», щоб забезпечити хорошу звукоізоляцію для звуку, що передається повітрям.
  • Встановлення заглушок із пінопласту у проблемних зонах.
  • Заповнення порожнистих секцій пінопластом.

ПРИМІТКА: Елементи з пінопласту та пінонаповнення використовуються при виготовленні автомобілів, щоб ущільнити місця передачі звуку, що передається повітрям. Якщо проблема полягає у вітрі, шинах, двигуні або дорожньому шумі, слід перевірити положення елементів з пінопласту.