Воздействие вибраций и шума

Воздействие вибраций на детали автомобиля

Вибрация приводит к усталостному разрушению деталей. Она может возникнуть в одном месте автомобиля, а вибрационные разрушения — в другом. Особенно опасны резонансы. Поэтому особую важность приобретает изучение источников возникновения вибрации и особенностей ее передачи различными частями автомобиля на различных режимах работы.

Кроме того существуют и другие воздействия вибрации на детали автомобиля: ослабление неподвижных соединений, износ и изменение диссипативных свойств сопряженных соединений, соударения и увеличение зазоров в соединениях с зазорами. Вибрационные воздействия, не вызывая разрушений узлов, могут приводить к нарушению их нормального функционирования (нарушение контактных соединений в электрооборудовании, нарушение работы систем автоматического управления и т.д.).

Способность узла не разрушаться при вибрационном воздействии называется вибропрочностью, а способность нормально функционировать — виброустойчивостью. Цель виброзащиты узлов — повышение их вибропрочности и виброустойчивости.

Усталостное разрушение обычно начинается с появления микротрещин, которые пол воздействием циклического нагружения начинают увеличиваться. Ослабляется кристаллическая структура металла. После того, как усталостная трещина достигает критической длины, се скорость распространения резко возрастает, и наступает усталостное разрушение. Поверхность излома — характерная крупнозернистая, кристаллическая.

Долговечность деталей при усталостном разрушении определяется числом циклов N нагружения до разрушения. Для черных металлов и сплавов кривая усталости в логарифмических координатах а — N, где а — напряжение, соответствующее наклонной прямой с резким переходом к горизонтальному участку после миллиона циклов (для цветных металлов и сплавов — кривой линии с медленным уменьшением при увеличении N). Миллион циклов для полуосей автомобиля обычно соответствует 3 тыс. км пробега. За предел выносливости часто принимают напряжение, соответствующее 10 млн. циклов, для алюминиевых сплавов — 5*10^8 циклов.

Часто материал подвергается не только переменным, но и статическим нагрузкам. При этом опасность усталостного разрушения возрастает, причем в тем большей степени, чем выше статические напряжения.

Воздействие вибраций на водителя и пассажиров

Вибрации не всегда оказывают на человека вредное воздействие. Умеренная вибрация в определенной дозе улучшает питание тканей тела, ускоряет заживление ран, стимулирует трудовую деятельность, но в автомобиле вибрация оказывает вредное воздействие на человека.

Человек воспринимает вибрации вестибулярным аппаратом, глазами, суставами, мышцами, кожей. Восприятие вибраций человеком зависит от частоты: при низких частотах восприятие пропорционально ускорениям, при средних — скоростям, при высоких — частотам. Чем больше амплитуды вибраций, тем неприятнее ощущения.

Чувствительность человека к вибрациям в некоторой степени зависит от положения тела, способа воздействия вибраций на тело, психологических факторов, индивидуальных особенностей, но более всего — от частоты. Считается, что обычно человек ощущает вибрации в диапазоне частот 10^-1…10^-5 Гц. Вредные последствия (головокружение, нарушение зрения, нарушение речи и т.д.) обычно наблюдаются при длительном воздействии вибраций в диапазонах частот 1… 10^2 Гц. Наиболее чувствителен человеческий организм к вертикальным вибрациям в диапазоне частот 4…8 Гц и к горизонтальным — в диапазоне 1…2 Гц.

Воздействие внутреннего шума на водителя и пассажиров

Шум не всегда оказывает на человека вредное воздействие. Для нормального существования, чтобы не считать себя изолированным от внешнего мира, человеку нужен шум в 20…30 дБ. Однако в салоне автомобиля уровень шума при скорости 50 км/ч может составлять 60…70 дБ и более, при 100 км/ч — 70…80 дБ и более.

Восприятие шума человеком зависит от уровня шума и частоты, а также от его изменения во времени, психологических и других факторов, индивидуальных особенностей человека. Повышенный шум является причиной ухудшения слышимости, преждевременного утомления и снижения производительности труда. Хотя человеческое ухо слышит звуки в диапазоне частот 16… 20000 Гц, однако на человеческий организм оказывают вредное воздействие и неслышимые инфразвуки. Слабые инфразвуки, действуя на внутреннее ухо, вызывают ощущение морской болезни. Сильные инфразвуки, вызывая вибрацию внутренних органов, могут привести к повреждению их и даже к остановке сердца.

Уровень шума автомобиля обычно оценивают в дБ А, учитывая характер субъективного восприятия громкости звука человеком. При измерении этой величины используют шумомер с соответствующим контуром (коррекцией А, частично срезающей составляющие спектра с частотами менее 500 Гц).

Однако в ряде случаев шум в автомобиле с меньшим уровнем шума, дБ А, воспринимается человеком как более неприятный, чем в автомобилях с более высоким уровнем шума. Поэтому часто дополнительно используют другие оценочные параметры. Так, например, используется индекс артикуляции ИА. Индекс артикуляции характеризует возможность разговаривать нормальным голосом внутри автомобиля. Экспериментально определен уровень речи на расстоянии 1 м. Принято ИА = = 100%, если шум в автомобиле совсем не мешает пониманию речи, и ИА = 0, если он полностью перекрывает разговорную речь. Для современных легковых автомобилей среднего класса при скорости движения 120 км/ч индекс артикуляции обычно находится в пределах 25…50%. Разница в уровнях шума в дБ или в дБ А в легковых автомобилях при скорости 100 км/ч часто достигает 25…30 дБ, что указывает на высокую долю инфразвука в общем спектре шума.