Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

ПАРАМЕТРЫ ШУМА И ВИБРАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Вахидов У.Ш. 1 Китов А.Г. 2 Согин А.В. 1 Шапкин В.А. 1 Шапкина Ю.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
2 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет им. Козьмы Минина»
Статья посвящена проблемам комплексного анализа виброакустических характеристик транспортных и технологических машин. Поскольку виброакустические характеристики конструкции влияют на ее надежность и долговечность, важным является их детальное изучение на всех стадиях разработки: исследования, проектирования, производства и испытаний. Наиболее экономически эффективным при создании высокотехнологичных транспортных и технологических машин является получение оптимальных вибрационных и акустических параметров на ранних стадиях процесса разработки при использовании компьютерного моделирования на базе метода конечных элементов. На основании обзора исследований виброакустических параметров транспортных и технологических машин определены задачи по оптимизации параметров конструкции. Решение рассматриваемой задачи возможно только в форме многодисциплинарного инженерного анализа с использованием виртуального моделирования.
шум
вибрация
вибронагруженность автомобиля
анализ виброакустических характеристик
1. ГОСТ 31191.2-2004 (ИСО 2631-2:2003). Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 2. Вибрация внутри зданий. – М.: ИПК Издательство стандартов. – 2008. – 12 с.
2. ГОСТ 31192.2-2005 (ИСО 5349-2:2001). Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. – М.: ИПК Издательство стандартов. – 2007. – 24 с.
3. Правила ЕЭК ООН № 51 (02)/Пересмотр 1. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автотранспортных средств, имеющих не менее четырех колес, в связи с производимым ими шумом – ЕЭК ООН, 1996 – 132 с.
4. Правила ЕЭК ООН №117. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения шин в отношении звука издаваемого ими при качении и их сцепления на мокрых поверхностях. – ЕЭК ООН, 2010 – 80 с.
5. Шапкина, Ю.В. Применение инновационной системы численного моделирования (FEM) для исследования виброакустических характеристик (NVH) деталей автомобиля / Ю.В. Шапкина, А.Г. Китов, У.Ш. Вахидов, В.А. Шапкин // Вестник Мининского университета. № 1 (4) – ISSN 2307–1281/ НГПУ, Н. Новгород, 2013 – С. 374-385.
6. Шапкина, Ю.В. Сравнительный анализ картин распределения вибрационной энергии при различных видах нагрузки прилагаемой к модели / Ю.В. Шапкина, У.Ш. Вахидов // Будущее технической науки: материалы XII международной молодежной научно-технической конференции, НГТУ – Н. Новгород, 2013.– С. 147-150.
7. Шапкина, Ю.В. Анализ виброакустических параметров автомобиля / Ю.В. Шапкина, У.Ш. Вахидов // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева.– 2013.– № 4.– С.104-109.
8. Bianchini В. Active Vibration Control of Automotive Steering Wheels. In SAE Noise and Vibration Conference Proceedings, number 2005-01-2546, Traverse City, MI, USA, 2005.
9. SAE J 670E // http://www.vniiki.ru/document/4457742.aspx.

Комплексный анализ виброакустических и прочностных характеристик является одним из наиболее важных составляющих в исследовании, проектировании, производстве и испытаниях транспортно-технологических машин. Этот анализ представляет собой два глобальных этапа (рис. 1) – моделирование жесткости и моделирование вибрации и шумов, подразделяющихся на различные подэтапы.

При использовании комплексного анализа виброакустических и прочностных характеристик пользуются тремя взаимосвязанными понятиями – шум, вибрация и жесткость, определения которых для инженеров отличаются от стандартных физических определений.

Для инженеров в области комплексного анализа виброакустических и прочностных характеристик на основании Стандарта SAE J 670E «Комитета Динамики Транспортных Средств» приняты следующие определения [9]:

  • шум определяется как любой неприятный или неожиданный звук, создаваемый вибрирующим объектом, акустические вибрации объекта характеризуется ощущением давления через уши;
  • вибрация определяется как любое нежелательное повторяющееся движения объекта, вперед-назад или вверх-вниз, воспринимается тактильно на точках контакта пассажиров и водителя транспортного средства – рулевая колонка, сидения, пол и т.д.
  • жесткость определяется как агрессивное ощущение подвески или отсутствие реакции в ответ на единичное воздействие, может быть воспринято как тактильно, так и на слух.

vah1.wmf

Рис. 1. Комплексный анализ виброакустических и прочностных характеристик автомобиля

Термин «жесткость» в комплексном анализе виброакустических и прочностных характеристик является спорным и трактуется разными автопроизводителями по-разному. Он может относиться к субъективному восприятию вибрации и шума и являться критерием количественной оценки «резкости» поведения узлов и агрегатов автомобиля. Другая трактовка рассматривает «жесткость» как прочность элементов конструкции.

Комплексный виброакустический и прочностной анализ относится к области инженерной механики, направлен на измерение и оптимизацию шумовых и вибрационных характеристик автомобилей, повышает роль виртуальных прототипов автомобилей для сокращения цикла разработки и сокращения затрат при сохранении качества и способствует разработке большого числа вариантов автомобилей на базе небольшого количества платформ [5].

Комплексный виброакустический и прочностной анализ приобретает важное значение ввиду взаимо-противоречивых требований, предъявляемых к автопроизводителям потребителями и государственными органами:

  • потребители становятся более требовательны в отношении виброакустических характеристик транспортного средства,
  • требования по экономии топлива вынуждают разрабатывать более легкие автомобили, что приводит к тому, что проблемы шума и вибраций становятся более очевидными и критическими,
  • шумовое воздействие на окружающую среду строго регламентируется законодательством большинства государств (в том числе и России), так как это является нагрузкой на окружающую среду и влияет на здоровье граждан.

Важность вибрационной и акустической безопасности подтверждает наличие большого количества требований по виброакустике. Общая и локальная вибрация нормируется предписаниями 34 международных стандартов ИСО (ISO), шестью европейскими нормами (EN), шум – восемью Правилами ЕЭК ООН «О единообразных технических предписаниях для колесных транспортных средств…». Основными из них являются требования к общей (ГОСТ 31191.2-2004 [1]), локальной (ГОСТ 31192.2-2005 [2]) вибрации и внешнему шуму [3, 4].

Проведение расчётного анализа вибрации и шума, а тем более оптимизация параметров конструкции требует решения задач по исследованию разнородных по своей природе физических явлений в различной постановке:

  • кинематический и динамический анализ механизмов, входящих в проектируемое изделие;
  • определение упруго-демпфирующих характеристик виброизолирующих компонентов конструкции;
  • моделирование напряжённо-деформированного состояния сложных пространственных конструкций (кузова, рамы, элементов корпуса и т.п.);
  • моделирование взаимодействия конструктивных элементов изделия с акустическими объёмами и распространения в них звука.

vah2.tif

Рис. 2. Возникновение вибрации и шума в транспортно-технологических машинах

Комплекс проводимых исследований по уменьшению шума и вибронагруженности транспортно-технологических машин включает в себя, во-первых, борьбу с шумом и вибрациями в источнике и, во-вторых, на путях их распространения. При этом исследуемые колебательные процессы имеют различный характер. Такие источники, как двигатель и трансмиссия создают периодические возмущения, зависящие от конструкции и режимов работы, а, например, шины при воздействии с дорожным полотном возбуждают колебания, имеющие случайный характер (рис. 2, 3). Именно эти колебания и передаются затем силовой установке, трансмиссии, панелям кузова и другим узлам и деталям автомобиля [6].

vah3.tif

Рис. 3. Примеры статического нагружения, установленные для оценки жесткости чернового варианта кузова (а) кручение и (б) изгиб

На данный момент не существует стандарта по проведению комплексного виброакустического и прочностного анализа и по методам получения данных. Каждый производитель транспортно-технологических машин пользуется собственными методами, которые являются корпоративной информацией и не распространяются вне компаний. Однако общей чертой для проводимых всеми исследователями комплексных анализов виброакустических и прочностных характеристик автомобилей является деление этого анализа на внешний и внутренний [7].

Внутренний анализ виброакустических и прочностных характеристик (рис. 4) изучает шумовые и вибрационные явления, с которыми сталкиваются пассажиры транспортных средств, в то время как в рамках внешнего анализа виброакустических и прочностных характеристик исследуют шумы, излучаемым автомобилем и их влияние на человека и окружающую среду снаружи транспортного средства.

vah4.wmf

Рис. 4. Структура внутреннего комплексного виброакустического и прочностного анализа автомобиля

При проведении комплексного виброакустического и прочностного анализа вибрации и шумы автомобиля условно делят на три частотных диапазона (таблица), обосновывая различными способами их передачи и восприятия, и различным виброакустическим поведением узлов и агрегатов транспортного средства в этих трех частотных диапазонах [8].

Классификация вибраций и шумов автомобиля

Описание

Способ передачи

Частотный диапазон

Низкочастотные

Производимые деталями и агрегатами

0 – 150 Гц

Среднечастотные

Производимые деталями и агрегатами и воздухом

150 – 1000 Гц

Высокочастотные

Производимые воздухом

Более 1000 Гц

Решение задачи по оптимизации параметров конструкции транспортно-технологических машин возможно только в форме многодисциплинарного инженерного анализа и виртуального моделирования в соответствующих частотных диапазонах.


Библиографическая ссылка

Вахидов У.Ш., Китов А.Г., Согин А.В., Шапкин В.А., Шапкина Ю.В. ПАРАМЕТРЫ ШУМА И ВИБРАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 7. – С. 8-11;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=5378 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074