Hluk, vibrácie a tvrdosť (Focus 1)

Úvod

Táto kapitola poskytuje stručný prehľad o tom, ako sa parametre hluku, vibrácií a drsnosti (NVH) prejavujú vo vozidle a aké nápravné opatrenia sú možné.

Čo sa myslí pod pojmom NVH v automobilovom priemysle?

• N = Noise - Zvuk, je počuť
• V = Vibration - Vibrácie, je cítiť
• H = Tvrdosť, jej účinok je počuť a cítiť

Typy hluku v technológii NVH

• Hluky v automobiloch sú klasifikované podľa ich tónu:
  • Nízka výška tónu - rev, bzučanie
  • Stredný tón - bzučanie, praskanie
  • Vysoký tón - kvílenie, pískanie, škrípanie
• Hlasité zavýjanie a pískanie sú na ušiach bolestivé.

Ako sa do auta dostáva rôzny hluk:

• Nízky hluk je spôsobený hlavne motorom.
• Nízky hluk je spôsobený aj povrchom vozovky, najmä ak je povrch vozovky nerovný. Ide o formu bzučania, ktorú môžu cestujúci vo vozidle pociťovať ako vibrácie.
• Vysoký hluk, ktorý je vnímaný ako kňučanie alebo pískanie, je však často hlukom prúdenia vzduchu (hluk vetra) alebo pochádza z komponentov, ako je alternátor, čerpadlo posilňovača riadenia alebo hnací remeň.
• Ozýva sa aj klepavý zvuk, ktorý sa môže vyskytnúť pri jazde na nerovných cestách. Trhavé zvuky vydávajú napríklad tlmiče, podvozkové komponenty alebo uvoľnené diely vo vnútri vozidla.

Šírenie zvukových vĺn vo vzduchu

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Zdroj zvuku, napríklad motor
2	-	Zvuková vlna
3	-	Amplitúda

Zvuk je šírenie pozdĺžnych vĺn vo forme zmien tlaku vzduchu.

Prenos zvuku cez telo

Zvuk prenášajú kvapaliny alebo pevné látky, napríklad karoséria auta.

Rýchlosť prenosu (rýchlosť zvuku) v kvapalinách alebo pevných látkach závisí od materiálu, ale vo všeobecnosti je vyššia ako rýchlosť vo vzduchu (asi 5-krát rýchlejšia).

Kombinácia vzduchového a pevného prevodu

POZNÁMKA: Prenos zvuku vzduchom a pevnými látkami má primárny význam v automobilových aplikáciách.

Prenos hluku v aute

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Prechod zvuku vzduchom
2	-	Zvukové vibrácie

Príklad:

• Zdrojom hluku je motor. Zvuky motora:
• prejsť priamo vzduchom
• prenášané ako vibrácie z motora do karosérie a "vyžarované" do interiéru auta vzduchom, napríklad prepážkou.

Vibrácie

• Frekvencie pod 20 Hz (nízke frekvencie) a nad 20 kHz (vysoké frekvencie) nie sú ľudským uchom vnímateľné.
• Motor je inštalovaný tak, že v dôsledku nerovností vozovky kolmo kmitá na svojich pružných podperách.
• Nevyladené uloženia motora budú prenášať vibrácie na karosériu a tým aj na cestujúcich vo vozidle.
• Platia nasledujúce základné pravidlá:
  • V automobilových aplikáciách treba brať do úvahy nielen zvukové frekvencie, ale aj nepočuteľné (nízke) frekvencie.
  • Zvyčajne sú viditeľné nízkofrekvenčné vibrácie (veľké amplitúdy).
  • Vysokofrekvenčné vibrácie sú počuť, ale budú vnímané aj ako vibrácie podlahy, volantu alebo sedadla.

Rezonancia

• Každé telo má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu.
• Ak je systém schopný vibrovať vybudený na svojej vlastnej vibračnej frekvencii, začne rezonovať.
• Hrubý chod motora nastáva napríklad pri dosiahnutí rezonančnej frekvencie (kritických otáčok motora).
• Po zvýšení otáčok motora nad túto hodnotu začne motor veľmi skoro opäť hladko bežať.

Tlmenie

• Ak je tlmič inštalovaný paralelne s pružinou, charakteristika tlmenia je zameraná na zníženie pohybu tela.
• Funguje aj tlmič na aute.
• Tlmenie ovplyvňuje rezonanciu objektu alebo systému.
• Pohybujúcu sa hmotu tlmí správne fungujúci tlmič, čím okamžite zastaví kývanie karosérie.
• Tlmič v aute je tlmič (tlmič vibrácií), ktorý umožňuje rozkmitanie karosérie s postupným tlmením vibrácií.

Váhanie

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Netlmené kmitanie (netlmené)
2	-	Tlmené kmitanie

Izolácia

Vo vibračnej technike sa pojem "izolácia" vzťahuje na oddelenie prvkov a systémov. Príklad:

• Motor je uložený na pružinových prvkoch tak, aby sa do auta prenášalo čo najmenej vibrácií.
• V automobilovom priemysle sa ako izolácia takmer vždy používa gumený vankúš (podpora). Elasticita gumy pôsobí ako pružina.
• Účinnosť tohto typu separácie závisí od konštrukcie prvku.

Smerové zaťaženie gumového vankúša na zabezpečenie optimálnej izolácie

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Motor
2	-	Držiak motora

Absorpcia

• Zvukové vlny sa odrážajú od tvrdých povrchov
• Ak sa stretnú s mäkkými povrchmi, absorbujú sa. Tu zohráva dôležitú úlohu materiál aj hrúbka materiálu.

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Odraz zvukových vĺn
2	-	Absorpcia zvukových vĺn

Príklad:

• Z vozidla sú odstránené všetky zvukotesné prvky, ako sú obloženie dverí, koberčeky, čalúnenie stropu, odkladacie priestory a sedadlá.
• Výsledkom je, že zvuk sa priamo odráža (zvyšuje sa hladina zvuku) a vytvára sa efekt koncertnej sály.

Povaha hluku a vibrácií v aute

Cestujúci vo vozidle vnímajú zvuky alebo hluk na rôznych úrovniach v závislosti od toho, kde sa nachádzajú.

Zvuková/hluková vlna (stojatá vlna) v aute

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Vodič je v mŕtvom uhle
2	-	Zadný cestujúci je v zóne "vlnového hriadeľa"

Povaha hluku a vibrácií v sacích a výfukových systémoch

Nasávací systém vozidla ako zdroj zvuku prenášaného vzduchom a pevnými látkami



Výfukový systém vozidla ako zdroj zvuku prenášaného vzduchom a pevnými látkami



Cesty, po ktorých sa prenáša zvuk

• Horný obrázok znázorňuje cesty, ktorými sa môže prenášať zvuk zo sacieho a výfukového systému.
• Okrem zvuku prenášaného vzduchom prevláda v oboch systémoch zvuk prenášaný pevnými látkami. Aby bol tento pomer čo najmenší, tento typ oscilačných prvkov vyžaduje, aby boli spojené s telom pomocou pevných spojov.
• Výfukový systém je obzvlášť vibrujúci prvok a vyžaduje optimálnu izoláciu pripojením k podlahe, ako aj dobré umiestnenie a umiestnenie na zníženie prenosu zvuku karosérie.

Nasávací systém

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Nasávacie potrubie
2	-	Spojovacia hadica
3	-	Upevňovací prvok (upevnenie pomocou gumy)
4	-	Vzduchový filter
5	-	Rezonátor

• Objem a dĺžka sacích systémov sú presne prispôsobené. Počas údržby alebo opravy nie je možné vykonávať žiadne zmeny. Pri spájaní prvkov (hadíc a potrubí) dbajte na vzduchotesnosť všetkých spojov.
• Povrchy všetkých prvkov vystavených silným zmenám tlaku v sacom systéme sú obzvlášť vystavené silným vibráciám.
• Teplotné vplyvy, ako je zahrievanie krytu vzduchového filtra, môžu spôsobiť zmeny v tvrdosti povrchov.
• Aby sa zabránilo prenosu zvuku spôsobeného vibráciami povrchu sacieho systému na karosériu vozidla, mali by sa pri údržbe zohľadniť nasledujúce body:
  • Celý sací systém musí byť izolovaný od karosérie a zaistený v gumových puzdrách bez toho, aby spôsoboval akékoľvek namáhanie.
  • Vzduchové kanály sacieho systému nesmú prísť do kontaktu s prvkami karosérie.
  • Vložená penová izolácia v mieste kontaktu s telom alebo inými prvkami.

Dizajn výfukového systému

Poz.	Náhradný diel č	Meno
1	-	Katalyzátor
2	-	Deliaci prvok
3	-	Predný tlmič výfuku
4	-	Zadný tlmič výfuku

• Výfukové systémy musia byť inštalované bez akejkoľvek deformácie.

POZNÁMKA: Gumové držiaky, ktoré podporujú výfukový systém, tiež prenášajú vibrácie a za určitých podmienok môžu spôsobiť problémy s hlukom. Z tohto dôvodu je dôležité, aby bol výfukový systém inštalovaný bez deformácie.

• Gumové vankúše by nemali byť "natiahnuté".
• Zberné výfukové potrubie a katalyzátor (ak je namontovaný priamo na motore) musia byť pevne spojené s motorom (bez konektorov v držiakoch).
• Jednoduchá kontrola problému:
  • Odstráňte všetky podpery, na ktorých je zavesený výfukový systém.
  • Výfukový systém zaveste na šnúry maximálne na dvoch miestach.
  • Počas cestnej skúšky skontrolujte hladinu hluku vo vnútri vozidla.
  • Ak sa tým problém vyrieši, hluk je spôsobený držiakmi výfukového systému.
  • Nainštalujte držiaky výfukového systému na miesto, jeden po druhom, a po inštalácii každého z nich otestujte vozidlo na ceste.
  • Ak budete pokračovať krok za krokom týmto spôsobom, môžete nájsť podporu, ktorá spôsobuje hluk v aute.

Montáž karosérie

Účel

• Na karosériu sú kladené rôzne požiadavky, najmä keď je auto v pohybe. Prevládajúce vibrácie spôsobujú najmä ostatné prvky auta, ako je motor a uloženia. Preto je karoséria jedným z najdôležitejších prvkov auta z hľadiska parametrov NVH.
• Opísané prvky automobilu boli v súlade so svojimi funkciami jednotlivými nezávislými zdrojmi hluku. Karoséria však spája a ukrýva všetky prvky auta.
• Telo je vystavené vibráciám zo zvuku prenášaného vzduchom a prenášaného pevnými telesami.
• Zmontovaná karoséria musí absorbovať všetky vibrácie a impulzy zo všetkých prvkov a podľa možnosti ich neprenášať do interiéru vozidla.
• Najvyššie parametre NVH na karosérii charakterizuje oceľová strecha, bočné a podlahové panely. Sú prísne stimulované štruktúrou tela a fungujú ako reproduktor prenášajúci hluk.

Ďalšie požiadavky na telo

• Dobré kolízne správanie
• Veľký vnútorný priestor
• Odolnosť proti korózii
• Nízka hmotnosť
• Dobrý aerodynamický tvar

Medzi týmito bodmi treba urobiť kompromis. Jedným z príkladov je vysoká tuhosť karosérie, ktorá poskytuje dobrý výkon NVH, a dobrá absorpcia energie nárazu pomocou deformovateľných zón.

Príklad:

• Vodotesnosť neznamená zvukotesnosť, preto je potrebné vziať do úvahy nasledujúce body:
  • Správna montáž okien.
  • Správna inštalácia tesnení.

• Ďalšie body
  • Otvory v motorovom priestore
  • Tesnenia dverí a okien
  • Ohrievacie a vetracie otvory
  • Vypúšťacie hadice strešného okna

• Nosníky karosérie a priečniky sú často kanálmi na prenos zvuku. Možné nápravné opatrenia:
  • Inštalácia prepážok na kritických miestach, ako sú spoje medzi rámom a stĺpikom A, aby sa zabezpečila dobrá zvuková izolácia proti hluku prenášanému vzduchom.
  • Inštalácia penových zátok v problémových oblastiach.
  • Vyplnenie dutých profilov penou.

POZNÁMKA: Penové prvky a penové výplne sa používajú v automobiloch na utesnenie miest prenosu zvuku prenášaného vzduchom. Ak je problémom vietor, pneumatiky, motor alebo hluk z vozovky, mali by ste skontrolovať polohu penových prvkov.

Kópia článku je k dispozícii na webovej stránke (FordBook)