Wibroizolacja drgań

1.

Powstawanie obciążeń dynamicznych

2.

Obciążenia dynamiczne a trwałość i

niezawodność samochodu

3.

Wpływ drgań na człowieka

4. Minimalizacja obciążeń dynamicznych
5. Podstawy wibroizolacji drgań w samochodach
6.

Zawieszenie i modelowanie ich charakterystyki

7.

Aspekty diagnostyczne

Poziom i charakter obciążeń dynamicznych w
samochodzie zależy od jego konstrukcji i stanu
technicznego oraz warunków ruchu.

Źródłem

obciążeń dynamicznych są procesy drganiowe,
wywołane ruchem samochodu.

Narastają one z

wielu przyczyn, m. in.:
- wzrostu prędkości jazdy i masy pojazdu;
- zwiększania mocy przenoszonej przez
układ napędowy;
- pogorszenia stanu nawierzchni drogi;
- stylu jazdy, a w tym częstej zmiany
prędkości obrotowej silnika, włączania sprzęgła i
skrzyni biegów;
- obecności luzów w połączeniach,
powodujących uderzenia między elementami.

Powstawanie obciążeń
dynamicznych

Największe wartości obciążeń dynamicznych i
związane z tym ekstremalne stany naprężenia w
elementach samochodu mogą powstawać, np.:
- podczas przejeżdżania z dużą prędkością
przez znaczne nierówności drogowe;
- w rezultacie przeciążenia samochodu
nadmiernym ładunkiem;
- po wprowadzeniu zmian konstrukcyjnych,
niezgodnych z dokumentacją producenta
samochodu, np.: zwiększenie mocy silnika,
rozstawu kół.

Zmniejszanie obciążeń dynamicznych

i poziomu drgań w samochodzie zawsze prowadzi
do zwiększenia trwałości jego elementów i
wysokiej niezawodności.

Powstawanie obciążeń
dynamicznych, cd

Obciążenia dynamiczne a trwałość
samochodu

Zależność liczby cykli
obciążenia od ich amplitudy –
wykres Wöhlera

Zwiększanie amplitudy obciążeń
elementu w samochodzie powoduje,
że ulegnie on zniszczeniu po
mniejszej liczbie cykli tego
obciążenia

Rzeczywiste
przebiegi obciążeń a
trwałość

Wyniki pomiarów
obciążeń

Projektowany zakres
obciążeń i odpowiadający mu
przebieg samochodu, np.
200 000km

Wpływ drgań na człowieka

Drgania i wibracje, powstające w czasie jazdy
samochodu, nie tylko wywołują obciążenia dynamiczne
elementów i zespołów, ale także wpływają na
sprawność i efektywność działania kierowcy i ludzi
jadących samochodem.
Drgania i wibracje to popularne określenia ruchu
drgającego, w którym ruchy o niewielkich amplitudach
i wysokiej częstotliwości w paśmie od kilkudziesięciu do
kilku tysięcy Hz są często nazywane wibracjami.

Zasadniczym źródłem drgań i obciążeń
dynamicznych w pojeździe są nierówności
drogi i praca silnika.

Zasadnicze postacie drgań

nadwozia to drgania
pionowe i kątowe. Środek
drgań kątowych może leżeć
w różnym miejscu. Jego
położenie ma istotny wpływ
na drgania nadwozia w
miejscu posadowienia
kierowcy.

Wpływ drgań na człowieka, cd

Pojedyncze

oddziaływania
dynamiczne (drgania) o
dużej intensywności
mogą wywołać
mechaniczne urazy lub
obrażenia i kontuzje.
Natomiast długotrwałe
drgania o umiarkowanej
intensywności powodują
zmęczenie, osłabienie
uwagi i koncentracji, a
także mogą doprowadzić
do wypadku drogowego.

Przebiegi obciążeń
dynamicznych w nadwoziu,
powstające podczas
dynamicznego najazdu na
nierówność typu wstęp drogi
o wysokości 5cm

Wpływ drgań
na człowieka,
cd

Wpływ drgań na człowieka,

cd

Skutki oddziaływania drgań są zależne od ich amplitudy,
struktury częstotliwościowej i czasu ekspozycji (czasu
oddziaływania na człowieka):
- oddziaływanie drgań i hałasu powoduje negatywne
skutki fizyczne i psychiczne, tym większe im natężenie
tych oddziaływań jest większe;
- istotne zmniejszenie sprawności i precyzji
działania powodują drgania mechaniczne o częstotliwości
4 – 8 Hz;
- obserwuje się małą wrażliwość ludzi na drgania w
paśmie częstotliwości 1 – 2 Hz, które są związane w
sposób naturalny z ruchem człowieka (chodzenie).

Obniżenie drgań i hałasu w samochodzie prowadzi do
zwiększenia komfortu jazdy, a w rezultacie przyczynia się
do obniżenia tempa narastania zmęczenia podczas jazdy.

Model obliczeniowy przedniej
części samochodu

Masa nadwozia

Masa koła

Siły od
sprężyn i
amortyzatoró
w

Oddziaływanie od
drogi na koło

1



z

1

Układ równań ruchu, zapisany przy
wykorzystaniu warunków równowagi
płaskiego układu sił działających na masy
w modelu

0

1

1

1







A

Z

B

F

F

F





1

K

BK

F

F

0

1

1





A

Z

F

F

..

1

1

1

z

m

F

B





..

1

1



K

BK

m

F





- siła sprężystości w zawieszeniu

;

- siła tłumienia amortyzatorów

- siła sprężystości w ogumieniu

- siły
bezwładności

1

1

1

u

k

F

Z

Z



1

1

1

u

c

F

A

A





1

1

1

y

k

F

K

K



Ogólne problemy

wibroizolacji drgań

Zmniejszenie niekorzystnego oddziaływania
drgań i wibracji na ludzi w samochodach
można osiągnąć poprzez:
- obniżenie ogólnego poziomu drgań w
samochodzie,
- intensywne tłumienie drgań najbardziej
szkodliwych dla człowieka,
- wibroizolację kabiny kierowcy, jego fotela
oraz dźwigni sterujących.

Przedsięwzięcia prowadzące do ograniczenia
szkodliwego wpływu drgań można podzielić na
dwie grupy:
- wibroizolację czynną,
- wibroizolację bierną.

Ogólna koncepcja

wibroizolacji

Wibroizolacją czynną

są przedsięwzięcia

prowadzące do obniżenia poziomu emisji w źródle
drgań oraz izolujące źródła drgań od pozostałych
elementów pojazdu, np. zastosowanie elastycznych
zawieszeń kół pojazdu i silnika. Natomiast
zastosowanie osłon i wykładzin dźwiękochłonnych,
izolatorów i elastycznych zawieszeń fotela kierowcy
zalicza się do

wibroizolacji biernej

.

Masa, układ
izolowany

Wymuszen
ie

Podstawowe cele układu

wibroizolacji

Widoczne jest podobieństwo układów zawieszenia w
samochodach do typowych układów wibroizolacji. W
takim układzie poszukuje się kształtu charakterystyk
wibroizolatora, który pozwoli na osiągnięcie
następujących celów:
- amplitudy drgań obiektu izolowanego będą
mniejsze od amplitud wymuszenia działającego na
wibroizolator;
- dominujące wartości częstości drgań obiektu
izolowanego należeć będą do ściśle określonego
przedziału częstotliwości drgań najmniej szkodliwych dla
człowieka.

Podstawowym działaniem prowadzącym do osiągnięcia
tych celów jest odpowiedni dobór sztywności sprężyn i
tłumienia amortyzatorów, umieszczonych w układzie
wibroizolacji.

Podstawowe kryteria doboru układu
wibroizolacji (sztywności zawieszenia)

w

pojazdach są następujące:

- zapewnienie częstości drgań własnych nadwozia
w przedziale

z



s

rad

z

/

12

...

6





Hz

f

z

2

...

1

2

0









lub

- ograniczenie wartości maksymalnego ugięcia,

stosownie do dysponowanego miejsca w podwoziu
samochodu i minimalizacja prawdopodobieństwa
„dobijania” zawieszenia.

Częstość drgań własnych

z



zależy od sztywności zawieszenia, a mianowicie

m

k

Z

z





Z

k

m

gdzie

jest współczynnikiem sztywności zawieszenia, a

oznacza część masy nadwozia przypadającą na

to zawieszenie.

Sprężyny w zawieszeniu

Litewski

Charakterystyka sprężystości

zawieszenia

Diagnostyka sprężyn i

amortyzatorów

Badane
sprężyny i
amortyzatory

Wymuszenie
drgań

Wpływ tłumienia na

wibroizolacyjne właściwości

zawieszenia

Tłumienie
małe w
amortyzatorze

Tłumienie
właściwe w
amortyzatorze

25

.

0

...

2

.

0





5

.

0

...

4

.

0





35

.

0

...

25

.

0





Wartości tłumienia w zawieszeniu należy dobierać następująco

:

dla wysokiego komfortu jazdy

dla bezpieczeństwa jazdy (minimalizacja

odrywania kół od drogi).

Zwykle dobiera się wartości
kompromisowe