новая папка / mami_auto122

капсулированию двигателя и является эффективным и недорогим средством снижения шума автомобиля, трактора на 2…3 дБ(А).

В ряде случаев целесообразно применение экранов, закрывающих зоны максимального излучения поверхности двигателя. Суммарная эффективность экранных устройств невелика: 1…2 дБ(А) по отношению ко всему излучению.

По конструкции экранные устройства представляют собой пластины, обычно выполненные из материала с улучшенными виброизолирующими свойствами, например, многослойные асбестовые листы со специальными прослойками в качестве связки и свинцовой фольги, выполняющей функции наполнителя или панели из текстильно-битумного материала.

Большинство исследований подтверждают, что эффективной мерой снижения шума ДВС является применение звукопоглощающих кожухов распределительных механизмов, специальных поддонов картеров и крышек шестерен привода вспомогательных агрегатов. Максимальный эффект достигается при изготовлении указанных элементов из свинца.

Результаты многолетних исследований показали, что снижение шума производимого корпусом двигателя более чем на 10 дБ весьма затруднительно. Поэтому наиболее эффективным методом борьбы с шумом самого двигателя является полная изоляция.

Шум во впускной системе двигателя внутреннего сгорания вызван изменениями давления и скорости течения воздуха благодаря открыванию и закрыванию клапанов цилиндров, а также обтеканию массивных элементов во впускном трубопроводе, например, обтекание воздушной и дроссельной заслонок впускных клапанов.

Уровень шума впуска увеличивается с увеличением оборотов нагрузки, причем с приближением к полной нагрузке шум возрастает особенно резко. Приращение нагрузки от 90 до 100 % например, вызывает изменение общего и спектрального (на основной частоте) уровней на 13…14 дБ.

Шум впуска двигателей внутреннего сгорания имеет весьма высокие уровни, определяя в ряде случаев общий уровень шума двигателя.

Известно, увеличение шума впуска при росте частоты вращения от nmin до nmax у карбюраторных двигателей составляет 12…17 дБ. Если двигатель работает по частичной скоростной характеристике, то с увеличением числа оборотов двигателя уровень шума возрастает на 5…10 дБ на каждые 1000 об/мин. При частичных нагрузках шум впуска всегда меньше, чем на режиме 100 %-ого открытия дроссельной заслонки.

При работе по нагрузочной характеристике шум впуска карбюраторного двигателя изменяется в широких пределах. Если нагрузка увеличивается от 0 до Nmax, то уровень шума впуска возрастает на 10…15 дБ.

Спектр шума впуска карбюраторных двигателей состоит из зоны низких и средних частот. Частота и уровень наиболее интенсивных составляющих меняется в зависимости от скоростного режима работы двигателя. Ряд составляющих в спектре шума впуска не кратен частоте вращения. Спектральный состав шума впуска карбюраторного двигателя не

281

остается постоянным при работе по загрузочной характеристике. На режиме холостого хода в спектре шума впуска преобладают высокочастотные составляющие.

Для эффективного снижения шума на впуске воздуха в двигатель внутреннего сгорания применяются либо специальные глушители, либо их сочетают с воздухоочистителями. Глушители шума должны иметь высокую эффективность заглушения при малом гидравлическом сопротивлении, габаритах и весе. Вследствие недостаточности проработки этой проблемы, не ясны приемы конструирования впускных систем.

Внастоящее время широкое распространение получили глушители активно-реактивного (комбинированного) типа. Такой глушитель имеет хорошие акустические свойства, невысокое гидравлическое сопротивление.

Внекоторых случаях снижение шума впуска обеспечивается за счет облицовки воздуховодов впускной системы перфорированными экранами со звукопоглощающей набивкой. Такой метод дает хорошее снижение шума в широком диапазоне частот. Однако для обеспечения требуемого гидравлического сопротивления системы требуется значительно увеличить наружный диаметр воздуховодов, что не всегда оказывается возможным. Воздушный фильтр работает в области низких частот как последовательно включенный резонатор (камерный глушитель), который на резонансной частоте fp, зависящей от его размеров, усиливает шум вследствие резонанса и

ослабляет на частоте fp 2 .

Но необходимо сказать, что для эффективного глушения шума впуска желательно, чтобы объем глушителя (воздушного фильтра) и длина впускного патрубка была как можно больше, а поперечное сечение трубопровода – меньше. Это позволит сместить резонансную частоту fp в область более низких частот.

Однако, выполнение первого требования ограниченно объемом места установки глушителя, а второго - допустимой скоростью потока во впускном трубопроводе, так как в противном случае гидравлическое сопротивление впускной системы может неограниченно возрасти. Во всех случаях целесообразно, чтобы впускной парубок имел форму диффузора с углом раствора корпуса 70. Во всех случаях необходимо согласовывать заглушающие свойства воздушного фильтра со спектром шума впуска любого автомобильного двигателя.

Учитывая, что наиболее интенсивные составляющие спектра шума впуска располагаются в области низких и средних частот, наибольшее распространение получили глушители шума реактивного типа.

По данным специалистов акустическая энергия, выделяемая впуском приблизительно пропорциональна кубу рабочего объема цилиндра, кубу скорости вращения коленчатого вала и обратно пропорциональна квадрату свободного объема между клапаном всасывания и всасывающим отверстием.

Шум впуска может быть уменьшен с помощью воздухоочистителя с увеличенным объемом, путем настройки длины выпускной трубы.

282

Шум выпуска отработавших газов является самым мощным источником шума автомобиля. Испытания показали заметное до 7…12 дБ(А)

– увеличение шума незаглушенного выпуска с увеличением нагрузки на двигатель от холостого хода до максимальной. Значительное, до 20…26 дБ(А), увеличение уровня шума незаглушенного впуска отмечено при возрастании оборотов двигателя легкового автомобиля до 3000 об/мин. При дальнейшем изменении оборотов приращение не превышает 2…3 дБ(А). Измерения на автомобилях с разными по литражу двигателями дают примерно одинаковые результаты, что связано с близостью характеристик начальной фазы выпуска.

Эффективное снижение шума выпуска – одна из наиболее сложных проблем, решение которой должно способствовать улучшению акустической характеристике автомобиля, трактора. Сложность проблемы заключается в том, что постоянный рост мощностных и скоростных показателей неизбежно влечет за собой увеличение уровня шума, при этом ужесточаются требования к допустимому уровню шума. В то же время система выпуска должна создавать минимально возможное гидравлическое сопротивление потоку отработавших газов, так как эта величина определяет потери мощности двигателя и существенно влияет на характер его рабочего процесса.

По принципу работы глушители можно разделить на две основные группы: отражающие и диссипативные. Во-первых уменьшение колебаний за глушителем достигается путем отражения набегающих на него волн, вовторых за счет превращения звуковой энергии набегающих волн в тепловую в элементах глушителя. С точки зрения эффективности шумоглушения, оптимальными являются сильно отражающие структуры с элементами диссипации в трубах или, при необходимости, вводимыми дополнительно. Наиболее просты и употребительны в качестве отражающих элементов расширительные камеры. В области низких частот они работают как идеальные акустические емкости.

Для подавления высокочастотных колебаний лучше диссипативные системы. Это, во-первых, облицованные каналы и, во-вторых, облицованные звукопоглощающими материалами и выполняющие одновременно и роль низкочастотных отражателей.

Задача заглушения шума выпуска может быть решена за счет глушителя, спроектированного на основании теории синтеза расширительных камер. В основе этой теории лежит использование свойств собственных форм колебаний в простых объемах.

Весьма хорошие результаты по снижению шума выпуска дает применение расширителей, конденсаторов, эжекторов при их правильном расположении по тракту системы.

Применение двухканальной системы выпуска отработавших газов с двумя перепусками и звукопоглощающими элементами из материала МР позволило снизить уровень внешнего шума легкового автомобиля на 3...3,5 дБ(А) при одновременном уменьшении металлоемкости выпускной системы на 5 кг.

283

Следует отметить, что процесс образования шума в выпускных системах ДВС еще изучены недостаточно. Видимо поэтому, создаваемые конструкции выпускных систем и глушители не всегда обладают высокими заглушающими качествами. Нарушение заглушающих свойств глушителя, сопровождающееся появлением характерного шума на неустановившихся режимах работы, особенно часто наблюдается при движении в городе.

Важное значение для снижения шума выпуска имеет правильное расположение и конструкция крепления системы выпуска к кузову. Крепежные места должны быть выбраны по возможности наиболее близко к главным видам колебаний системы. Опоры должны быть по возможности мягкими.

Учитывая высокую виброактивность конструкции выпускной системы, особенно участков системы, расположенных ближе к выпускным коллекторам двигателя, важным фактором является использование различных конструктивных возможностей для увеличения вибродемпфирующих свойств конструкции системы.

Представляется перспективным: вибрационной «развязка» системы выпуска двигателя через податливые герметичные конструкции в виде сильфонов.

Значительная часть звуковой энергии излучается в окружающую среду моторным отсеком автомобиля.

Механические колебания силового агрегата на частоте рабочих циклов вызывают колебания объема воздуха в подкапотном пространстве. Таким образом, высокие уровни звукового давления могут быть вызваны резонансом воздушного объема моторного отсека и отражением от капота вниз звуковой волны, создаваемой вертикальными колебаниями силового агрегата. С целью его уменьшения ведутся экспериментальные работы по установке нижнего щита моторного отсека, который позволяет снизить уровень внешнего шума на 3,5…4 дБ(А).

Стремление к значительному снижению внешнего шума легковых автомобилей привело к разработке специальных систем изоляции двигателя и его вспомогательных устройств от окружающей среды.

Значительное уменьшение внешнего шума получается при капсулировании двигателя. Заключение силового агрегата в полностью герметичную акустическую камеру (капсулу) позволяет уменьшить шум двигателя более чем на 10 дБ(А). Однако при этом затрудняется охлаждение двигателя, для чего возникает необходимость разработки специальной системы охлаждения и обслуживания двигателя. Кроме того, такая система требует значительных экономических затрат.

Существенная доля шума в общий уровень вносится трансмиссии. Частота вращения и нагрузка являются основными факторами, определяющими шум и вибрации узлов трансмиссии. Увеличение обоих факторов приводит к росту уровня излучаемого шума.

Основными причинами повышенного шума агрегатов трансмиссии являются: жесткость картера и валов, погрешности в изготовлении

284

отдельных деталей и особенно зубчатых колес, качество применяемых подшипников и качество сборки, изгибно-крутильные колебания карданных передач, использование материалов с низким декрементом звуковых волн.

Шум особенно возрастает, если резонансные частоты изгибных и крутильных колебаний трансмиссии близки к резонансным частотам колебаний агрегатов трансмиссии на подвеске и к частоте возмущений, создаваемых в зубчатом зацеплении при работе трансмиссии.

Возбуждения во вращающейся системе происходит в зацеплении зубов через деформационные изменения в их контакте. У зубчатых механизмов, заключенных в корпусе, основная доля акустических излучений распространяется по пути: зацепление – шестерня (диск колеса) – вал – подшипник – корпус – окружающая среда. Часть колебательной энергии распространяется по пути зацепления: шестерня – воздушное пространство внутри корпуса – стенка корпуса – окружающая среда. Определяющими величинами в возникновении шума являются кинематические и циклические погрешности зубчатых колес, т.е. акустическое излучение зубчатых передач зависит от типа и точности используемых шестерен.

В «идеальных» зубчатых передачах в процессе пересопряжения не возникает ни нарушений мгновенных передаточных отношений, ни изменений величины передаваемой нагрузки. Условия работы реальных передач характеризуются приведенной действующей ошибкой зацепления (действительной точности). Действительная точность передачи определяется взаимодействием отклонения в геометрических размерах (в том числе и в элементах зацепления) и в расположении контактирующих поверхностей деталей передачи с упругими тепловыми деформациями этих деталей, имея в виду при этом также и изменение формы контакта в связи с износом и прирабатываемостью.

Динамические процессы в зубчатых передачах, порождающие колебательную энергию, условно могут быть подразделены на три группы:

динамическое взаимодействие зубчатых колес, вызываемое внешними источниками, например, неравномерностью нагрузки или неравномерным режимом работы двигателя, взаимодействием масла и воздуха при истечении из впадин между зубьями и др.;

динамические процессы, обусловленные спецификой передачи крутящего момента через зубчатое зацепление - неизбежностью кромочного удара при пересопряжении зубьев реальных зубчатых колес, изменением по направлению и величины силы трения на разных участках взаимодействующих зубчатых профилей;

динамические процессы, возникающие при взаимодействии сопрягаемых зубьев вследствие дефектов, связанных с нарушением точности изготовления зубчатых колес и их монтажа.

Многообразие и взаимное влияние перечисленных факторов приводят к тому, что частотный спектр даже простой зубчатой передачи является практически сплошным и сложен для анализа. Однако такой анализ

285

необходим для определения наиболее эффективных направлений поиска путем снижения виброакустической активности передач.

Изысканию путей снижения виброакустической активности зубчатых передач постоянно уделяется большое внимание. Основными направлениями исследований являются поиск путей снижения уровня колебательной энергии, генерируемой в зубчатом зацеплении; разработка методов снижения интенсивности колебаний на пути их распространения, передачи, излучения.

В разработке первого направления достигнуты большие успехи, базирующиеся на совершенствовании технологических процессов изготовления зубчатых колес, обеспечивающих высокую точность зубчатых профилей. Однако, реализация этих разработок в условиях производства весьма трудоемка и кроме того, путем повышения точности зубчатых профилей виброактивность зубчатых передач может быть снижена лишь до определенных пределов. Перспективными представляются исследования по второму направлению. Прежде всего, это поиски оптимальных конструктивных решений узлов и автомобиля в целом, обеспечивающих «отстройку» системы несущих частей от резонансных состояний путем виброизоляции, вибродепфирования и виброгашения (выбора их оптимальных параметров).

Одним из методов этого направления является применение в передачах зубчатых колес с упругими соединениями.

Виброакустическая активность корпусных деталей может быть снижена использованием для их изготовления материалов с хорошими демпфирующими свойствами. Резонирующие степени могут изолироваться.

Резонансные режимы крутильных и изгибных колебаний в трансмиссии, возникающие в результате неравномерности работы двигателя, а также дисбаланса вращающихся деталей трансмиссии вызывают повышенную ее шумность, за счет повышения ее виброактивности.

Уменьшение вибрации может быть достигнуто соответствующим выбором конструктивных параметров трансмиссии с целью выведения основных резонансных режимов из зоны эксплутационных скоростей движения автомобиля. Следует отметить, что эта работа может быть выполнена уже на стадии проектирования.

Достаточно перспективным является введение в трансмиссию нелинейных элементов, которые позволяют уменьшить динамическую нагруженность трансмиссии.

С целью снижения динамической нагруженности трансмиссий переднеприводных автомобилей в полуоси включаются демпферы крутильных колебаний.

Возможной мерой по снижению шума в трансмиссии является виброизоляция валов шестерен от картеров, что весьма затруднительно вследствие необходимости удовлетворения противоположных требований введения упругой виброизоляции и поддержания жесткости в соответствии с геометрическими допусками на зазор в шестернях под действием переменных нагрузок.

286

Одним из источников акустических излучений является карданная передача. Правильный выбор кинематических параметров карданной передачи и конструкции деталей позволяет снизить ее шумность.

Эффект по снижению шума карданной передачи может быть получен заполнением карданного вала самовспенивающимся пенополиуретаном.

Рациональный метод борьбы с повышенным шумом и высокими вибрациями в трансмиссии автомобиля в рабочем диапазоне – применение разрезной карданной передачи с введениями промежуточной опоры.

В ряде случаев погрешности в изготовлении шестерен в главной передаче ведущего моста легкового автомобиля вызывают изгибные и крутильные колебания трансмиссии, которые усиливаются на разрезанных частях и передаются кузову. Шум особенно возрастает, если резонансные частоты изгибных и крутильных колебаний агрегатов трансмиссии на подвеске близких частотам возмущений, создаваемых в зубчатом зацеплении при работе трансмиссии. Для уменьшения можно изменить указанные резонансные частоты так, чтобы они не были близки, можно сдвигать их в зону более приемлемых частот и можно уменьшать уровень вибраций путем их деформирования. Однако при всех этих способах уменьшения шума необходимо вводить значительные конструктивные изменения в элементы трансмиссии, например, изменять их жесткость или вес, что связано с увеличением затрат.

Проблема снижения шума и вибрации радиальных и конических подшипников является весьма важной и состоит из трех самостоятельных задач: разработки и применения подшипников качения с улучшенными виброакустическими характеристиками; демпфирования колебаний, передаваемых на корпус с агрегата; создания наиболее благоприятных условий эксплуатации подшипников в автомобиле. Излучение звука вследствие возмущений, возникающих в подшипнике, происходит, как правило, сопряженными с ним деталями. Важнейшим условием улучшения виброакустических характеристик подшипников является уменьшение волнистости и огранности тел качения и желобов колец и отклонений размеров тел качения.

Уровень шума подшипника определяется сочетанием отклонений формы деталей подшипника и характером контакта шариков (роликов) с кольцами. Важнейшим параметром конических подшипников, влияющим на уровень его шума, является отклонение угла между дорожками качения колец в собранном подшипнике.

На высоких скоростях движения (свыше 60 км/ч) преобладающим источником шума является шум шин. Основные факторы – истечение сжатого воздуха между поверхностью шины и неровностями дороги, вибрации из-за неравномерной радиальной жесткости шин, турбулентные потоки давления воздуха при аэродинамическом обтекании поверхности шин. Только поняв влияние этих факторов, можно проектировать относительно бесшумную шину без ухудшения основных свойств, например, сцепления с опорной поверхностью и сопротивляемости заносу (шум шин

287

уменьшается при гладкой поверхности шины и дороги, что вступает в противоречие с проблемами увеличения сцепления шины с дорогой).

Шум автомобильной шины в настоящее время является одним из факторов, который ограничивает дальнейшее снижение уровня шума автомобиля. Исследования, проведенные за рубежом, показывают, что данная проблема столь же важна, как проблема снижения шума силового агрегата.

Уровень шума, возникающего при качении автомобильной шины, возрастает с увеличением скорости движения автомобиля и начинает оказывать существенное влияние на общий уровень внешнего шума автомобиля. При скоростях движения свыше 90 км/ч он становится преобладающим. Основными причинами и факторами, влияющими на шум генерируемого шинами, являются: конструктивные параметры, геометрические соотношения профиля шины, скорость, нагрузка, износ, рисунок протектора, материал дорожного полотна, влажность покрытия дороги и др.

Установлено, что низкопрофильные шины более шумные, чем высокопрофильные, увеличение ширины приводит к возрастанию уровня шума.

Радиальные и диагональные излучают шумы разные по уровню и спектру. Причем радиальные шины излучают шум несколько меньший, чем диагональные с тем же рисунком.

Шины, изготовленные из резины с высоким гистерезисом, обладают пониженными шумовыми характеристиками.

Шум шины с закрытыми полостями в рисунке протектора выше, чем с поперечным расчленением рисунка протектора создает шум меньше. Самые малошумные - шины с продольными ребрами. Результаты получены при учете вида покрытия дороги.

Увеличение нагрузки влечет за собой рост шума, причем это рост у шин с замкнутыми колебаниями в рисунке протектора выше, чем у шин поперечным рисунком. Шины с продольным рисунком протектора почти не испытывают влияния нагрузки.

С увеличением износа шин шум растет, а затем снижается. Исключение составляют шины с замкнутыми полостями в рисунке, для которых шум падает с увеличение износа.

Старение резины шин и увеличением влажности поверхности дороги приводит к увеличению уровня шума шин.

Испытания, проведенные по оценке шума, излучаемого шинами, на фоне общего шума легкового автомобиля, показали, что внешний шум, излучаемый шинами свободно катящегося автомобиля при скоростях движения 90…110 км/ч, достигает 77…82 дБ(А). При этом радиальные шины создают меньший внешний шум, чем диагональные: при малых и средних скоростях движения эта разница более значительная – 2…4 дБ(А), с повышением скорости качения она несколько снижается до 1…2 дБ(А).

288

Особенно остро стоит вопрос снижения шума шин полноприводных автомобилей. Значительный вклад в общий уровень шума вносит интенсивное звуковое излучение, производимое шинами с вездеходным рисунком протектора. Шум качения в значительной степени формирует звуковое поле в частотных диапазонах 250…315 и 500…630 Гц, которые обуславливаются ударами грунтозацепов протектора шин о дорожное покрытие.

Тип дорожного покрытия (асфальт или бетон) также влияет на уровень внешнего шума шин. Уровень шума при движении автомобиля по шоссе с бетонным покрытием выше, чем в случае асфальтового покрытия. Это особенно заметно при высоких скоростях. У автомобиля с шинами радиальной конструкции уровень излучаемого звука при движении по бетонному покрытию возрастает в большей степени, чем у автомобиля с диагональными шинами на 5…7 дБ(А).

Проблема уменьшения внешнего шума требует создания и применения конструкций шин с уменьшенной акустической активностью.

На внешний шум легковых автомобилей существенное влияние оказывает аэродинамическое обтекание поверхностей деталей кузова, с резко изменяющейся геометрической поверхностью или выемками. Примером таких шумов может служить шум турбулентного срыва потока воздуха за багажником или от приоткрытого окна. Основной мерой борьбы с источниками таких шумов является повышение плавности очертаний кузова, удаление или замена на детали без открытых полостей.

В процессе эксплуатации увеличение шума является результатом разрегулировки отдельных элементов, поломок зубьев шестерен, дисбаланса вращающихся масс и т. д. Это говорит о необходимости своевременной и правильной эксплуатации транспортного средства как меры снижения уровня шума. Кроме того, одним из способов снижения шума транспортного потока является совершенствование методов организации дорожного движения.

3.3. Электромагнитные излучения

Работа системы зажигания автомобильного двигателя вызывает радио- и телепомехи. Чем выше напряжение в системе, тем больше сферы влияния помех. Борьба с помехами ведется постоянно. Измерителями уровня радиопомех служат квазипиковые значения напряженности поля радиопомех в децибелах относительно 1 мкВ/м, создаваемых автотранспортными средствами во всей нормируемой полосе частот. Допустимые значения напряженности поля радиопомех для всех автотранспортных средств равны: 34 дБ - в полосе частот от 30 до 75 МГц, 45 дБ - в полосе частот от 400 до 1000 МГц; в полосе частот от 75 до 400 МГц напряженность поля радиопомех рассчитывается.

На уровень радиопомех оказывают влияние конструктивные особенности автотранспортных средств:

289

1)различия в степени сжатия по цилиндрам двигателя;

2)использование пластмассовых или металлических деталей для изготовления крыш, крыльев, Обивки кузова, воздушных фильтров;

3)размеры, форма и расположение воздушных фильтров;

4)расположение распределителя и катушки зажигания на двигателе или в моторном отделении;

5)размеры и формы моторного отделения и размещение высоковольтных проводов;

6)различия в зазорах между левым и правым передними колесами и моторным отделением;

7)расположение рулевого управления (правое или левое), оказывающее влияние на компоновку автомобиля;

8)наличие на автотранспортном средстве вспомогательных двигателей.

Указанные особенности следует учитывать при компоновочных работах, поскольку они могут оказать влияние на уровень радиопомех.

3.4. Уплотнение почвы движителем

Во всем мире неуклонно растет производство автомобилей для эксплуатации вне дорог и в первую очередь – полноприводных. Полноприводные автомобили не только для военных, специальных целей и сельскохозяйственного назначения, но и для широкого круга населения и все большее значение приобретают их экологические показатели, а как известно автомобильный транспорт является одним из основных источников негативного воздействия на окружающую среду.

В процессе движения автомобиля по грунту происходит уплотнение слоев почвы, а также сдвиг и вынос части грунта вследствие буксования движителей, криволинейного движения автомобиля и т.д. Результатом переуплотнения и изменения структуры почвы является нарушение нормального естественного хода процессов жизнедеятельности в почве, нарушение соотношений влаги, газа и скелетных частиц, стерилизация почв, что в свою очередь не способствует развитию почвенной флоры и фауны, а при определённых условиях, ведет к эрозии, выдуванию почв и т. д.

Так, согласно исследованиям в области сельского хозяйства, недобор урожая вследствие уплотнения движителями поверхности поля достигает 40 %.

Что касается мобильной сельскохозяйственной техники, то в 1986 году были введены нормативные документы, ограничивающие удельное давление на почву и механическое напряжение на глубине 0,5 м. (ГОСТ 26955-86 «Нормы воздействия движителей на почву»), а также разработаны методики оценки воздействия на почву: ГОСТ 26953-86 «Методы определения воздействия движителей» и ГОСТ 26954-86 «Методы определения нормальных напряжений в почве».

290