Buka, vibracije i oštrina (Focus 1)

Uvod

Ovo poglavlje daje kratak pregled načina na koji se parametri buke, vibracija i grubosti (NVH) manifestiraju u vozilu i koje su korektivne mjere moguće.

Što se podrazumijeva pod pojmom NVH u automobilskoj industriji?

• N = Buka - Zvuk, može se čuti
• V = Vibracija - Vibracija se može osjetiti
• H = Tvrdoća, njen učinak se može čuti i osjetiti

Vrste buke u NVH tehnologiji

• Zvukovi u automobilima klasificiraju se prema tonu:
  • Nizak ton - buka, zujanje
  • Srednji ton - zujanje, pucketanje
  • Visoki ton - urlik, zvižduk, škripa
• Glasno zavijanje i zviždanje bole uši.

Kako različita buka ulazi u automobil:

• Nisku buku uglavnom proizvodi motor.
• Nisku buku uzrokuju i površine ceste, osobito ako je površina ceste neravna. Ovo je oblik brujanja koji putnici u vozilu mogu osjetiti kao vibraciju.
• Međutim, visoka buka koja se percipira kao cviljenje ili zvižduk često je buka protoka zraka (buka vjetra) ili dolazi od komponenti kao što su alternator, pumpa servoupravljača ili pogonski remen.
• Tu je i zveckanje koje se može pojaviti tijekom vožnje po neravnim cestama. Zvukove trzanja proizvode, primjerice, amortizeri, komponente šasije ili labavi dijelovi unutar vozila.

Širenje zvučnih valova u zraku

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Izvor zvuka, poput motora
2	-	Zvučni val
3	-	Amplituda

Zvuk je širenje longitudinalnih valova u obliku promjena tlaka zraka.

Prijenos zvuka kroz tijelo

Zvuk se prenosi tekućinama ili čvrstim tvarima, poput karoserije automobila.

Brzina prijenosa (brzina zvuka) u tekućinama ili krutim tvarima ovisi o materijalu, ali općenito je brža od brzine u zraku (oko 5 puta brža).

Kombinacija zračnog i čvrstog prijenosa

NAPOMENA: Prijenos zvuka kroz zrak i krute tvari od primarne je važnosti u automobilskim aplikacijama.

Prijenos buke u automobilu

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Prolaz zvuka kroz zrak
2	-	Zvučne vibracije

Primjer:

• Izvor buke je motor. Zvukovi motora:
• proći ravno kroz zrak
• prenose se kao vibracije od motora do karoserije i "zrače" u unutrašnjost automobila kroz zrak, na primjer, pregradom.

Vibracije

• Frekvencije ispod 20 Hz (niske frekvencije) i iznad 20 kHz (visoke frekvencije) nisu vidljive ljudskom uhu.
• Motor je ugrađen tako da zbog neravnina ceste oscilira okomito na svojim elastičnim nosačima.
• Nosači motora koji nisu podešeni prenosit će vibracije na tijelo, a time i na putnike u vozilu.
• Primjenjuju se sljedeća osnovna pravila:
  • U automobilskim primjenama ne moraju se uzeti u obzir samo audio frekvencije, već i nečujne (niske) frekvencije.
  • Obično se mogu vidjeti niskofrekventne vibracije (velike amplitude).
  • Visokofrekventne vibracije se mogu čuti, ali će se percipirati i kao vibracije u podu, upravljaču ili sjedalu.

Rezonancija

• Svako tijelo ima svoju frekvenciju vibracije.
• Ako se sustav koji može vibrirati pobudi na vlastitoj frekvenciji titranja, on će početi rezonirati.
• Grub rad motora događa se, na primjer, kada se postigne rezonantna frekvencija (kritična brzina motora).
• Nakon povećanja broja okretaja motora iznad ove vrijednosti, motor vrlo brzo ponovno počinje glatko raditi.

Prigušivanje

• Ako je amortizer postavljen paralelno s oprugom, karakteristika prigušenja je usmjerena na smanjenje kretanja tijela.
• Amortizer na autu također radi.
• Prigušenje utječe na rezonanciju objekta ili sustava.
• Pokretnu masu prigušuje ispravno funkcionirajući amortizer, čime se odmah zaustavlja ljuljanje tijela.
• Amortizer u automobilu je prigušivač (prigušivač vibracija) koji omogućuje osciliranje karoserije uz postupno slabljenje vibracija.

Oklijevanje

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Neprigušene oscilacije (neprigušene)
2	-	Prigušena oscilacija

Izolacija

U tehnologiji vibracija pojam "izolacija" odnosi se na odvajanje elemenata i sustava. Primjer:

• Motor je postavljen na opružne elemente kako bi se što manje vibracija prenosilo na automobil.
• U automobilskoj industriji, gumeni jastuk (nosač) se gotovo uvijek koristi kao izolacija. Elastičnost gume djeluje poput opruge.
• Učinkovitost ove vrste odvajanja ovisi o dizajnu elementa.

Usmjereno opterećenje gumenog jastuka za optimalnu izolaciju

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Motor
2	-	Nosač motora

Apsorpcija

• Zvučni valovi se odbijaju od tvrdih površina
• Ako naiđu na meke površine, apsorbiraju se. Ovdje i materijal i debljina materijala igraju važnu ulogu.

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Refleksija zvučnih valova
2	-	Apsorpcija zvučnih valova

Primjer:

• Svi elementi zvučne izolacije kao što su obloge vrata, patosnice, stropne obloge, spremnici za stvari i sjedala uklanjaju se iz vozila.
• Rezultat toga je da se zvuk izravno reflektira (razina zvuka raste) i stvara se efekt koncertne dvorane.

Priroda buke i vibracija u automobilu

Putnici u vozilu opažaju zvukove ili buku na različitim razinama ovisno o tome gdje se nalaze.

Zvučni/šumni val (stojni val) u automobilu

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Vozač je u mrtvom kutu
2	-	Stražnji putnik je u zoni "valne osovine"

Priroda buke i vibracija u usisnim i ispušnim sustavima

Usisni sustav vozila kao izvor zvuka koji se prenosi zrakom i čvrstim tvarima



Ispušni sustav vozila kao izvor zvuka koji se prenosi zrakom i čvrstim tvarima



Putovi kojima se prenosi zvuk

• Gornja slika prikazuje putove kroz koje se zvuk može prenijeti iz usisnog i ispušnog sustava.
• Osim zvuka nošenog zrakom, u oba sustava prevladava zvuk nošen krutim tvarima. Kako bi taj omjer bio što je moguće manji, ova vrsta oscilirajućih elemenata zahtijeva da budu povezani s tijelom krutim vezama.
• Ispušni sustav posebno je vibrirajući element i zahtijeva optimalnu izolaciju spajanjem s podom, kao i dobro usmjeravanje i mjesta ugradnje kako bi se smanjio prijenos zvuka čvrstog tijela.

Usisni sustav

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Usisna grana
2	-	Spojno crijevo
3	-	Element za pričvršćivanje (pričvršćivanje pomoću gume)
4	-	Filtar zraka
5	-	Rezonator

• Volumen i duljina usisnih sustava točno su usklađeni. Tijekom održavanja ili popravka ne mogu se napraviti nikakve promjene. Kod spajanja elemenata (crijeva i cjevovoda) obratiti pozornost na nepropusnost svih spojeva.
• Površine svih elemenata podložne jakim promjenama tlaka u usisnom sustavu posebno su podložne jakim vibracijama.
• Utjecaji temperature, kao što je zagrijavanje kućišta zračnog filtra, mogu uzrokovati promjene u tvrdoći površina.
• Kako biste spriječili prijenos zvuka uzrokovanog vibracijama površine usisnog sustava na karoseriju vozila, tijekom održavanja treba uzeti u obzir sljedeće točke:
  • Cijeli usisni sustav mora biti izoliran od tijela i pričvršćen gumenim čahurama bez izazivanja ikakvog opterećenja.
  • Zračni kanali usisnog sustava ne smiju doći u dodir s elementima karoserije.
  • Umetnuta pjenasta izolacija na mjestu kontakta s tijelom ili drugim elementima.

Dizajn ispušnog sustava

Poz.	Rezervni dio br	Ime
1	-	Katalizator
2	-	Razdjelni element
3	-	Prednji ispušni lonac
4	-	Stražnji ispušni lonac

• Ispušni sustavi moraju biti instalirani bez ikakvih deformacija.

NAPOMENA: Gumeni nosači koji podupiru ispušni sustav također prenose vibracije i također mogu uzrokovati probleme s bukom pod nekim uvjetima. Zbog toga je važno da se ispušni sustav ugradi bez deformacija.

• Gumeni jastuci ne smiju se "rastezati".
• Ispušni razvodnik i katalizator (ako su montirani izravno na motor) moraju biti čvrsto povezani s motorom (bez konektora u nosačima).
• Jednostavna provjera problema:
  • Uklonite sve nosače na kojima je ovješen ispušni sustav.
  • Objesite ispušni sustav na užad na najviše dva mjesta.
  • Provjerite razinu buke unutar vozila tijekom ispitivanja na cesti.
  • Ako ovo riješi problem, buku uzrokuju nosači ispušnog sustava.
  • Ugradite nosače ispušnog sustava na svoje mjesto, jedan po jedan, i testirajte vozilo nakon svakog postavljanja.
  • Nastavljajući korak po korak na ovaj način, možete pronaći potporu koja uzrokuje buku u automobilu.

Sklop tijela

Svrha

• Na karoseriju automobila postavljaju se različiti zahtjevi, posebno kada se automobil kreće. Prevladavajuće vibracije uzrokovane su uglavnom drugim elementima automobila, poput motora i nosača. Stoga je karoserija jedan od najvažnijih elemenata automobila u smislu NVH parametara.
• Opisani elementi automobila, u skladu sa svojim funkcijama, bili su pojedinačni neovisni izvori buke. Ali karoserija povezuje i u sebi sadrži sve elemente automobila.
• Tijelo je podložno vibracijama od zvuka koji se prenosi zrakom i nošen čvrstim tijelima.
• Sastavljena karoserija mora apsorbirati sve vibracije i impulse svih elemenata i po mogućnosti ih ne prenositi u unutrašnjost vozila.
• Najviše NVH parametre na karoseriji karakterizira čelični krov, bočne i podne ploče. Oni su strogo stimulirani tjelesnom strukturom i rade poput zvučnika koji emitira buku.

Dodatni zahtjevi tijela

• Dobro ponašanje pri sudaru
• Veliki unutarnji prostor
• Otpornost na koroziju
• Mala težina
• Dobar aerodinamički oblik

Mora se napraviti kompromis između ovih točaka. Jedan primjer je između visoke krutosti karoserije koja osigurava dobre NVH performanse i dobre apsorpcije energije sudara korištenjem deformabilnih zona.

Primjer:

• Vodootporan ne znači zvučno izoliran, stoga treba uzeti u obzir sljedeće točke:
  • Ispravna ugradnja prozora.
  • Ispravna ugradnja brtvila.

• Dodatni bodovi
  • Rupe u motornom prostoru
  • Brtve za vrata i prozore
  • Otvori za grijanje i ventilaciju
  • Odvodna crijeva krovnog prozora

• Rubovi karoserije i poprečni nosači često su kanali za prijenos zvuka. Moguće korektivne mjere:
  • Ugradnja pregrada na kritičnim mjestima, kao što su spojevi između elementa okvira i A-stupa, kako bi se osigurala dobra zvučna izolacija od zvuka koji se prenosi zrakom.
  • Ugradnja čepova od pjene u problematična područja.
  • Ispunjavanje šupljih dijelova pjenom.

NAPOMENA: Elementi od pjene i podstava od pjene koriste se u automobilima za brtvljenje točaka prijenosa zvuka u zraku. Ako je problem vjetar, gume, buka motora ili ceste, trebali biste provjeriti položaj pjenastih elemenata.