Пути снижения вибраций и внутреннего шума

Пути снижения вибраций

Снижение виброактикности источника. Обычно возмущающие факторы делят на две группы:

• К первой относят физико-химические процессы, происходящие в источнике: процессы горения в двигателях, пульсацию жидкости или газа в трубопроводах, трение в кинематических парах. Снижение виброактивности этой группы связано с изменением параметров процессов.
• Ко второй группе относят движение тел в источнике вибрации. Снижение виброактивности заключается в уменьшении динамических реакций с помощью уравновешивания (статическая и динамическая балансировка, применение противовесов и разгружавших устройств и т.п.).

Изменение конструкции автомобиля или его частей. Сюда относят два способа:

• Первый состоит в устранении резонансов.
• Второй способ заключается в увеличении демпфирования в звеньях, иногда введением специальных демпферов.

Динамическое гашение колебаний. Этот способ состоит в присоединении к системе дополнительных устройств, формирующих дополнительные силовые воздействия. Различают инерционные гасители, поглотители колебаний, динамические гасители с трением.

Виброизоляция. Она направлена на ослабление связей между источником вибрации и объектом виброзащиты. Однако этому обычно сопутствуют некоторые нежелательные явления, например, увеличение амплитуд относительных колебаний при низкочастотных воздействиях и при ударах. Поэтому применение виброизоляции часто связано с нахождением компромиссного решения.

Пути снижения внутреннего шума

Все методы и средства снижения шума делят на две группы:

• первая — это использование виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения
• вторая — это организация рабочих процессов с минимальными вибро- и звукоизлучениями. Применяют и деление по месту снижения шума

Снижение шума в источнике обеспечивается прежде всего снижением виброактивности источника, а также рядом специальных мер, например, уменьшением технологических допусков на изготовление и сборку узлов, уменьшением зазоров, в частности, между втулкой и клапаном, поршнем и гильзой цилиндров двигателя, применением материалов с малым звукоизлучением или с повышенным внутренним трением (хромистая сталь, марганцево-медные сплавы и т.п.), покрытий с высоким вибро- и звукопоглощением.

Необходимо повышать жесткость картеров без увеличения их массы, избегать больших плоских наружных участков. Большие возможности по снижению шума имеются в разработках малошумных процессов смесеобразования и горения в цилиндрах двигателей за счет специальных форм камер сгорания и т. п. При уменьшении частоты вращения в 2 раза октавный уровень звуковой мощности снижается на 9… 11 дБ.

Снижение шума по пути его распространения связано со снижением вибрации, если распространение идет через твердые тела. Однако применяют и такие методы, как экранирование или капотирование источника шума (капотирование двигателя снижает излучаемую часть шума на 10… 15 дБ, но повышает стоимость двигателя на 50…70% и ухудшает топливную экономичность на 3…5 %), увеличение расстояния от источника до водителя. Широко применяются глушители на впуске и выпуске двигателя, звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы.

Снижение шума непосредственно в кузове или кабине достигается в основном звукопоглощением и звукоизоляцией, включая ликвидацию акустических окон. Например, по данным фирмы «Форд», через отверстие, составляющее 6% от общей площади моторною щита, в салон проходит до 90% звуковой энергии от двигателя.

Уровень шума в легковом автомобиле определяется в значительной степени среднечастотными (200…300 Гц) составляющими спектра. Их формирование определяют вибрации панелей, окружающих салон, и резонансные колебания объема воздуха в салоне.

Проблема снижения внутреннего шума возникла с появлением автомобиля. Однако долгое время ей не уделяли должного внимания. Систематическая деятельность по снижению внутреннего шума началась в 1950 — 60-х гг. Уровень внутреннего шума становится одним из основных показателей качества автомобиля. Благодаря комплексу мероприятий, направленных на акустическое совершенствование автомобилей, шум в кузовах легковых автомобилей с 1970 по 1985 г. снизился в среднем на 4…7 дБ и с 1985 по 2000 г. — на 2…5 дБ. В значительной степени уровень внутреннего шума зависит от типа двигателя. Обычно средний уровень внутреннего шума у автомобилей с четырехцилиндровыми двигателями на 3 дБ А выше, чем у автомобилей с шестицилиндровыми двигателями.

Внутренний шум легковых автомобилей, имеющих большой рабочий объем двигателя, при движении с постоянной скоростью порядка 100 км/ч за последние 15 — 20 лет приблизился к 60 дБ А и нередко находится ниже этого уровня. Проблема для этих автомобилей состоит не столько в дальнейшем уменьшении уровня звука, сколько в совершенствовании частотной характеристики спектра внутреннего шума с целью сделать ее приятной для слуха. Тем не менее применение двигателей с большим рабочим объемом не дает гарантированного низкого уровня внутреннего шума. Больший внутренний шум обычно имеют автомобили с высокофорсированными двигателями и малой снаряженной массой.

Иначе обстоит дело с автомобилями, имеющими малый рабочий объем двигателя. У автомобилей особо малого класса часто не наблюдается устойчивое уменьшение внутреннего шума при переходе на новую модель. Разница между уровнями внутреннего шума автомобилей особо малого и большого класса часто составляет 12… 15 дБ А и более. Проблема снижения внутреннего шума для легковых автомобилей особо малого класса является особенно актуальной.

На одном из первых мест по количеству и качеству автомобилей особо малого класса стоит Япония. В Японии накоплен значительный опыт по снижению внутреннего шума в легковых автомобилях особо малого класса. Так например, для легковых автомобилей с рабочим объемом двигателя менее 0,85 л эффективным средством снижения вибрации и шума является снижение частоты вращения вала двигателя, в большинстве случаев двухцилиндрового четырехтактного. Снижение частоты вращения с 8 000 до 6 000 мин^-1 обеспечивает уменьшение внутреннего шума на 3…5 дБ А при движении со скоростью 60… 100 км/ч. Для двухцилиндровых двигателей применение балансировочных устройств обеспечивает снижение внутреннего шума в автомобилях особо малого класса на 1 …3 дБ А.

Особенности уменьшения внутреннего шума в легковых автомобилях особо малого класса зависят от компоновочной схемы. В автомобилях с передним расположением двигателя и передними ведущими колесами основные источники шума локализованы в передней части автомобиля. Особое значение приобретает уменьшение вибрации двигателя за счет применения специальных монтажных опор. Необходимо также уменьшить передачу вибрации на отдельные системы, закрепленные на кузове автомобиля. Большое значение имеет обеспечение хорошей звукоизоляции в зоне щитка приборов.

Автомобили с задним расположением двигателя и приводом на задние колеса имеют укороченную систему выпуска отработавших газов, уровень вибрации которой меньше по сравнению с обычной. Однако для таких автомобилей необходима эффективная звукоизоляция в зоне заднего сиденья.

У автомобилей с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса для снижения вибраций и уровня внутреннего шума часто используют заднюю подвеску с реактивными штангами.