kitayteka.ru

Шум и вибрация, связанные с двигателем

Даже полностью исправный двигатель создает различные звуки и шумы, связанные с вращением и со скольжением различных деталей, а также со сгоранием топлива. Чтобы детали могли вращаться или скользить, необходимы зазоры, и из-за этих зазоров при движении деталей возникают удары. Если зазоры соответствуют номинальным, создаваемый звук считается нормальным рабочим шумом. Но если зазоры становятся слишком большими, шум увеличивается до уровня, вызывающего жалобы клиента. Далее приведены типовые участки двигателя, где образуются шум и вибрация.
Шум верхней части (привод клапанов), шум нижней части (коленчатый вал, подшипники), несбалансированность коленчатого вала. Естественно, существует еще больше источников вибрации, например крутильные и изгибные колебания коленчатого вала (поэтому на шкив коленчатого вала устанавливают гаситель крутильных колебаний), импульсы зажигания, изношенные или поврежденные опоры двигателя. Типовые участки образования шума и вибрации от навесного оборудования двигателя: вибрация двигателя, создающая шум с биениями при интерференции с навесными агрегатами, изношенные, поврежденные или неотрегулированные ремни привода генератора, насоса системы охлаждения, насоса усилителя рулевого управления, компрессора кондиционера, изношенные или поврежденные подшипники навесных агрегатов (генератора, насоса системы охлаждения, насоса усилителя рулевого управления, компрессора кондиционера, натяжителя), несоосно установленный или поврежденный шкив.

Помимо шумов, обусловленных механическими проблемами, неправильное сгорание топлива также может быть источником шума и вибрации. Они возникают под нагрузкой и могут включать в себя: детонацию, стук, пропуски зажигания, обратную вспышку, и т. д. При детонации образуется стук высокого тона, который слышен, в основном, во время разгона или при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой. Основными причинами детонации являются неправильно подобранные свечи зажигания (следует проверить температурный диапазон), слишком раннее зажигание, неправильная марка топлива, обедненная смесь, сажевые отложения в камере сгорания. Детонация может привести к серьезному повреждению двигателя. Это может быть перегрев двигателя, повреждение поршней и вкладышей, пригорание поршней и клапанов, повреждение прокладки головки блока цилиндров и т. п. Поэтому причину детонации следует тщательно выявить и устранить. Другими причинами образования вибрации могут быть, например, несбалансированность вращающихся деталей и вынуждающая сила, образующаяся при колебаниях крутящего момента из-за изменения давления газов в течение рабочего цикла. Эта вибрация особенно сильно ощущается на холостом ходу и может усиливаться из-за неравномерного сгорания топлива, разброса компрессии между цилиндрами и пропусков зажигания. В этих случаях усиливается также тряска двигателя. Эта тряска передается на кузов через опоры двигателя, при этом она ощущается в салоне автомобиля. Причиной ощущаемой в салоне вибрации может также быть неправильно установленная или изношенная опора двигателя. Гидротрансформатор создает тряску, передающуюся в ходовую часть, если рычаг выбора режимов установлен в положение «D» или «R», поэтому кузов может немного вибрировать (в определенной степени это считается нормальным).

Так как в двигателе существует множество различных возможностей для образования аномального шума, данная схема является руководством по выявлению деталей и узлов, создающих шум. В целом можно утверждать, что если шум создается изношенным двигателем, то на холодном двигателе шум сильнее. Шум усиливается при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя или под воздействием высокой нагрузки. На схеме приведены основные причины аномального шума двигателя, но существуют и другие возможности: ослабший или перетянутый ремень привода ГРМ или приводные ремни навесных агрегатов, ослабшие болты крепления маховика, шум сальников и т. д.

Шум и вибрация, связанные с трансмиссией

Шум и вибрация в автоматической коробке передач создаются при нормальной эксплуатации, в частности это шум масляного насоса, шум входящих в зацепление шестерен, шум дифференциала и т. д. Если уровень шумов увеличивается, они могут резонировать и усиливаться в картере коробки передач, в результате чего они могут быть слышны в салоне автомобиля. Особенно неприятный жужжащий/рокочущий шум или шум с биениями может создавать несбалансированный гидротрансформатор. Внутренние детали автоматической коробки передач могут создавать шум шестерен и завывающие, беспорядочные и грохочущие звуки. Если шум образуется, когда рычаг переключения режимов установлен в положение «N» или «P», причиной может быть масляный насос. Это может быть связано с неправильным зацеплением шестерен масляного насоса. Если шум образуется при разгоне или при замедлении (иногда бывает достаточно движения с постоянной скоростью) преимущественно на пониженной передаче, подозрение может пасть на изношенную или поврежденную планетарную передачу. Если шум возникает на любой передаче, причиной может быть раздаточный механизм или его подшипники. Аномальный шум на холостом ходу в положении «N» или «P» может быть связан с вибрацией клапанов и пружин в блоке клапанов. Проверьте уровень масла и убедитесь в отсутствии его загрязнения. При необходимости проверьте внутренние детали блока клапанов. Шумы, такие как биения, неприятное жужжание и т. п., могут создаваться гидротрансформатором, например из-за дисбаланса.

Основной проблемой, связанной с аномальным уровнем шума и вибрации в механической коробке передач, является шум шестерен. Этот шум передается на кузов автомобиля через опоры коробки передач, карданный вал и подвеску. Другим источником шума являются подшипники или люфт в деталях, например в валах. Кроме того, шум может возникать в механизме сцепления. Возможными причинами являются износ диска сцепления, сломанные, изношенные или отсутствующие пружины кручения, поврежденный или изношенный нажимной подшипник сцепления. На автомобилях последних лет выпуска шум и вибрации могут возникать из-за неисправного двухмассового маховика. Распространенной проблемой является дребезг сцепления. Он возникает в момент включения сцепления при трогании с места и отсутствует, если автомобиль движется с полностью включенным сцеплением. Причинами дребезга сцепления могут быть, например, недостаточное усилие на диске сцепления, масло или смазка на фрикционных поверхностях, сильный люфт в шлицах сцепления.

Шум и вибрация, связанные с приводным валом и мостами

В автомобилях с независимой подвеской относительное положение двигателя и мостов постоянно изменяется во время движения. Эти изменения относительного положения могут приводить к образованию шума и вибрации, так как шарниры на концах приводных валов установлены под углом. Из-за этого угла при вращении приводного вала изменяется крутящий момент, приводящий к образованию вибрации. Если приводной вал вращается не плавно, эти колебания усиливаются, в результате чего увеличивается шум и вибрация. Среди других источников повышенного шума и вибрации в передней подвеске можно указать изношенные или поврежденные ступичные подшипники, изношенные или поврежденные шаровые опоры, ослабленные детали, например кулаки, отсутствующие грузы или динамические демпферы, шарниры с компенсацией длины или шарниры типа «трипод». Источником рокочущего шума часто бывают шарниры с компенсацией длины или шарниры «трипод», так как при определенном соотношении оборотов двигателя/скорости автомобиля и выбранной передачи возникают гармонические колебания (зависит от эффективного общего передаточного числа). Порядок гармонических вибраций зависит от количества роликов или шариков в шарнире. Помимо гармонических колебаний в самом приводном вале, через него передается вибрация, создаваемая при сгорании топлива в двигателе. (Например, для 4-цилиндрового двигателя это колебания 2-го порядка.) Лязгающий звук при трогании автомобиля с места часто вызван ослабшими гайками или люфтом шлицов или шарниров. Вибрация кузова может быть вызвана неисправными подшипниками, изношенными ступицами или не плавно работающими шарнирами.

Шум и вибрация, связанные с элементами подвески

В подвеске основной причиной шума и вибрации являются различные изношенные втулки, изношенные или погнутые стойки, уставшие или сломанные пружины, изношенные тяги, продольные рычаги и шаровые шарниры, а также подшипники полуосей и ступичные подшипники.

Шум и вибрация, связанные с трансмиссией

Задние карданные валы могут быть источниками шума и вибрации, связанных с: дисбалансом (колебания 1-го порядка), неисправностью карданного шарнира или работающим не в фазе ведущим валом (колебания 2-го порядка), неправильным кинематическим углом (колебания 2-го порядка). Кинематические углы карданного вала должны находиться в следующих пределах: передний и задний кинематические углы не должны превышать примерно 4 градусов, передний и задний кинематические углы не должны отличаться более чем на 1/2 градуса и ни один из кинематических углов не должен быть равен нулю. Еще одним типичным источником является задний дифференциал. В нем следует проверить подшипники на отсутствие износа, повреждений и люфта, сателлиты на отсутствие следов износа и пятно контакта зубчатого венца/ведущей шестерни.

Шум и вибрация, связанные с тормозами

Частой причиной жалоб является шум тормозов (визг, скрип) или вибрация тормозов. Под вибрацией тормозов понимается сильная вибрация в подвеске, обусловленная колебаниями силы трения между тормозным барабаном или диском и фрикционным материалом (накладкой или колодкой). Эта вибрация также передается на приборную панель и на рулевое колесо, которые могут сильно вибрировать. Часто в педали тормоза ощущается пульсация той же частоты. Вибрация тормозных механизмов создается за счет неровных тормозных дисков или барабанов, из-за изменения коэффициента трения из-за ржавчины на дисках, из-за прилипших к тормозным дискам или барабанам посторонних частиц или фрагментов тормозных колодок. Среди других причин могут быть изношенные колеса, неисправные подшипники или шины. Частота вибрации тормозных механизмов близка к частоте тряски (5-30 Гц), но она намного сильнее. Визг или скрип имеют одну и ту же причину: изменение силы трения, однако амплитуда меньше, а частота гораздо выше, чем у тряски тормозных механизмов. Резонирующими элементами в этом случае являются преимущественно детали тормозных механизмов, например барабаны или диски. Из-за своей конструкции тормозные барабаны обычно создают глубокий и громкий звук при сильном нажатии педали, в то время как тормозные диски создают звук высокого тона при слабом нажатии на педаль тормоза. Типовыми мерами противодействия шуму является снятие фасок тормозных накладок и колодок, а также нанесение специальной смазки между обратной стороной тормозной колодки и суппортом или между точками контакта тормозной колодки и тормозного щита. Не допускайте нанесения избыточного количества смазки. Типовыми проблемами, связанными с вибрацией и шумом тормозных механизмов, являются изношенные тормозные колодки и накладки, отсутствующие фиксаторы и шайбы, изношенные диски или барабаны, неравномерная толщина тормозных дисков и т. д.

Шум и вибрация, связанные с шинами

На слайде показаны пункты, которые следует учитывать в системе шины-автомобиль. Все они по отдельности важны, но не менее важна взаимосвязь между ними, определяющая сбалансированность конструкции и характеристик. Из-за этого выбор шин играет важную роль в формировании шумовых и вибрационных характеристик автомобиля. Иногда проблемы можно устранить, установив другие шины, так как жесткость шин (коэффициент жесткости) отличается для разных моделей шин. Разные шины имеют также разный рисунок протектора. С другой стороны, выбор других шин может привести к созданию проблемы, так как на этапе разработки автомобиля шины выбирались с учетом уменьшения шума и вибрации, при этом другие системы автомобиля, например подвеска, регулировались в зависимости от характеристик шин. За счет рисунка протектора создается звук относительно высокого тона с частотой 300-1000 Гц, при этом высота тона зависит от рисунка протектора. Другим источником шума являются упругие колебания шины. Упругие колебания зависят не только от конструкции шины, но также от колебаний радиальной и боковой силы. Но перед тем как начать экспериментировать с разными моделями шин, следует убедиться, что проблема связана именно с шинами, что установленные на автомобиле шины находятся в хорошем состоянии и что они отбалансированы и правильно установлены. Процедуры установки шин и балансировки колес рассмотрены в соответствующем разделе уровня 2. Шум и вибрация имеют 3 основных причины: рисунок протектора создает шум выталкиваемого воздуха, упругие колебания, обусловленные неровностью дорожного покрытия. Колебания жесткости шины (RFV), неоднородность шины или дисбаланс колеса приводят к образованию само возбуждаемых вынуждающих сил.

Тряска и угловые колебания

Шины также могут быть причиной тряски или дрожания, вибрации в вертикальном/горизонтальном направлении кузова, сидений и рулевого колеса. Как было отмечено ранее, частота тряски обычно составляет 10-30 Гц. Двумя основными причинами тряски являются не отбалансированные или неоднородные шины или неровное дорожное покрытие. Угловые колебания представляют собой колебания рулевой системы, включая шины (в осевом направлении рулевых тяг и в направлении вращения рулевого колеса). Это явление связано с кинетическим дисбалансом шин во время движения автомобиля. Дисбаланс порождает вынуждающую силу, создающую момент вокруг пальца поворотного кулака, в результате чего образуются боковые колебания шины. Возбуждающая сила этого дисбаланса резонирует с рулевой системой (обычно с частотой 5-15 Гц). Рулевая система образует колеблющуюся группу, в которой рулевой вал, рулевой механизм и тяги выступают в роли пружины с определенной жесткостью, а рулевое колесо служит инертной массой (грузом). Если частота боковых колебаний шины соответствует собственной частоте рулевой системы, рулевое колесо начинает сильно вибрировать в направлении вращения. Эта вибрация может стать настолько сильной, что автомобилем станет трудно управлять. В основном (при высокой скорости) боковые колебания возникают при скорости более 70 км/ч, однако на плохой дороге они могут присутствовать на скорости от 20 до 60 км/ч. В случае угловых колебаний на низкой скорости шины подвержены силе вращения вокруг пальца поворотного кулака из-за неровностей на дороге или из-за собственной неоднородности. Изношенная рулевая система увеличивает вероятность возникновения угловых колебаний на низкой скорости. В некоторых случаях боковая и вертикальная тряска присутствует попеременно. Это происходит, если неисправны два колеса, как правило, одно с левой, а другое с правой стороны. Так как для двух колес радиус вращения и проходимое расстояние неодинаковы, их относительное положение изменяется, и образуется дисбаланс.

Шум и вибрация, связанные с кузовом

Шум, создаваемый кузовом и ходовой частью, обычно вызван следующими причинами: ослабленные или поврежденные/деформированные панели кузова, разрушенные или отсутствующие сварные швы, отсутствующие демпфирующие (мягкие) листы, отсутствующие элементы шумоизоляции и звукопоглотители. Неправильно установленные детали, такие как двери и капот, уплотнители и водоотводящие канавки, отсутствующие или неправильно установленные уплотнительные втулки (фактически это не шум кузова, однако уровень шума в салоне автомобиля увеличивается с усилением шума двигателя, который легко проникает в салон).

Шум и вибрации, связанные с элементами интерьера автомобиля, и аэродинамический шум

Типичными шумами салона являются треск и скрип, вызванные плохо закрепленными деталями, слишком большими установочными зазорами и деталями, трущимися друг о друга из-за неправильной установки. Часто трение деталей можно определить по блестящей поверхности соприкосновения соответствующих деталей. Треск и скрип наиболее часто возникают на неровных дорогах и связаны с вибрацией кузова автомобиля. Однако, иногда они возникают при определенных оборотах двигателя, когда детали входят в резонанс с вибрацией двигателя, передаваемой на кузов. Эти треск и скрип могут зависеть от температуры наружного воздуха и от погодных условий, например от дождя. Поэтому очень важно наиболее точно выяснить у клиента обстоятельства возникновения шума. Аэродинамический шум обычно представляет собой шипящий звук, часто слышимый со стороны окон. Уровень звука зависит от скорости автомобиля, а также от направления и от скорости ветра. Аэродинамический шум бывает двух видов. Шум, создаваемый завихрениями, образующимися вокруг выступающих деталей автомобиля, например антенны, или шум в зазорах, например в дверях, капоте, кожухах наружных зеркал заднего вида и т. д. Шум, создаваемый из-за утечки воздуха изнутри наружу. Это происходит, если давление в салоне при движении с большой скоростью становится выше наружного давления. Шум этого типа можно устранить, уменьшив или заполнив зазоры, через которые выходит воздух. Особым типом аэродинамического шума являются аэродинамические биения (неприятный рокочущий звук), создаваемый при движении автомобиля с приоткрытыми окнами. Этот шум сильно зависит от того, насколько открыты окна.

Подтверждение неисправности

Приходилось ли вам когда-нибудь принимать такие заказы на ремонт: «клиент жалуется на шум спереди» и больше ничего? И больше никакой информации нет? Чтобы избежать такой ситуации, следует вместе с клиентом заполнить опросный лист по шуму, вибрации и колебаниям. Опросный лист следует заполнить при первой возможности. При правильном заполнении в нем будут зафиксированы все подробности, необходимые для оценки состояния и устранения неисправности в кратчайшие сроки. В идеальном случае заполняющий должен быть механиком, выполняющим ремонт, при этом, по возможности, должен присутствовать водитель автомобиля. Все, кто имеет дело с шумом и вибрацией, должны научиться заполнять опросный лист. Это позволит избежать лишних звонков клиенту для получения информации. Помимо того что очень важно получить максимум информации от клиента, есть еще один очень важный момент: определите, связана ли жалоба клиента с фактической неисправностью или нет!!! Следует помнить, что шум и вибрация достаточно субъективны и что раздражение и дискомфорт проявляются у разных клиентов по-разному. В некоторых случаях жалоба клиента не связана с факти-ческой неисправностью! Поэтому очень важно убедиться, что жалоба действительно вызвана неисправностью, а не относится к полностью исправному автомобилю. Если автомобиль исправен, лучше всего убедить клиента, что это нормальное явление, связанное с конструкцией автомобиля. Можно, например, выполнить для сравнения пробную поездку на другом автомобиле, сравнить результаты измерения уровня шума и т. д. Помните, что ремонт в отсутствие неисправности ведет к большим потерям времени и средств, а также к потере доверия клиентов. Если ремонт начат, будет очень сложно объяснить, что автомобиль полностью соответствует своим техническим характеристикам. Поэтому не следует этого делать, если нет абсолютной уверенности в присутствии неисправности. Если есть какие-либо сомнения, избегайте называть это неисправностью, лучше использовать фразы типа: мы тщательно проверим автомобиль, чтобы выявить какие-либо отклонения от нормального состояния, и сообщим о результате. Чтобы вынести решение о наличии неисправности, требуется тщательная проверка.

Классификация неисправности

Классификация шума и вибрации
Как мы теперь знаем, существует огромное количество вариантов шума и вибрации, но несмотря на это их можно сгруппировать по схожим признакам. Такая классификация представляет собой первый и очень важный шаг в поиске неисправности, так как каждая группа имеет свою, наиболее вероятную причину. Чтобы провести классификацию наиболее точно, у клиента следует получить как можно больше информации об обстоятельствах, при которых проявилась неисправность. Более того, следует учитывать, насколько сильно проявляется неисправность. Хорошим решением можно считать классификацию по уровням интенсивности, например:

1. Очень хорошо: не только отсутствуют жалобы, но и расценивается как состояние, близкое к идеальному.
2. Хорошо: отсутствуют жалобы от (другого) клиента.
3. Удовлетворительно: большинство клиентов не жалуется, а высказывает лишь некоторое неудовлетворение.
4. Приемлемо: жалобы поступают от несколько большего количества клиентов.
5. Неудовлетворительно: жалобы поступают от большинства клиентов.
6. Неприемлемо: жалуются все клиенты.

Дорожные испытания

Во время дорожных испытаний для выявления шума, вибрации и колебаний, необходимо оценить три группы.
1. Вибрация, зависящая от оборотов двигателя: двигатель, сцепление (для автомобилей с механической коробкой передач), гидротрансформатор и диафрагма (для автомобилей с автоматической коробкой передач), жужжание, скрип и треск (BSR).
2. Вибрация, зависящая от оборотов коробки передач, включая выходной вал и ведущую шестерню коробки передач, приводные валы, приводной вал (полный привод), оси и подшипники сателлитов дифференциала, BSR.
3. Вибрация, зависящая от скорости вращения колес, включая шины с колесным диском в сборе, ступицы, тормозные диски и барабаны, зубчатый венец и ведомые шестерни дифференциала, шестерни на крестовине и соответствующие подшипники, задний мост и подшипники (полный привод), BSR.

Дорожные испытания для проверки аэродинамического шума

В большинстве случаев аэродинамический шум слышен, если автомобиль движется со скоростью более 70-80 км/ч и если все окна закрыты. Частота шума лежит в диапазоне примерно от 500 до 5000 Гц. В зависимости от скорости автомобиля и от направления движения частота и тип шума могут изменяться. Аэродинамический шум бывает двух основных типов. Шум, вызванный выступающими деталями на кузове автомобиля. Шипящий или свистящий шум образуется, если ветер ударяет по выступам или кронштейнам. При этом за поверхностью кузова образуется завихрение воздуха. Образовавшийся шум проникает в салон через зазоры в дверях, оконные стекла или панели кузова. Шум, вызванный зазорами в окнах или в кузове автомобиля. Если автомобиль движется с высокой скоростью (более 60 км/ч), давление снаружи ниже, чем в салоне автомобиля. Поэтому воздух из салона выталкивается наружу через зазоры в уплотнителях, оконных стеклах, местах соединения панелей и т. п. При столкновении выходящего воздуха с потоком наружного воздуха образуется шум. Его можно назвать «аэродинамическими пульсациями».

Сначала следует определить, откуда слышен шум, затем следует наклеить ленту на подозреваемый участок. Подгонка и регулировка положения панелей кузова, выступы, соединения молдингов, оконные стекла и обрамления окон. Совершите поездку на автомобиле и проверьте, слышен ли еще аэродинамический шум. Если он все еще слышен, наклейте ленту на другой подозреваемый участок и снова выполните пробную поездку. Определите источник шума. Удаляйте полоски ленты по одной, пока шум снова не будет слышен. Проверьте, правильно ли определен источник шума. Если аэродинамический шум становится слышен при отклеивании полоски ленты, наклейте ее обратно на то же место. Удалите следующую полоску ленты и снова проведите испытание. Подозреваемый участок тот, где наклеена последняя полоска ленты. Нахождение точки образования шума. Разрежьте последнюю полоску ленты на несколько кусков и наклейте их на то же место. Повторите процесс, отклеивая и наклеивая куски полоски ленты до тех пор, пока снова не станет слышен аэродинамический шум. Если шум не слышен, когда остался последний кусок ленты, убедитесь, что найдена точка образования шума. Однако, если тот же шум слышен после удаления последнего куска ленты, все следует повторить сначала. После того как точка образования шума будет найдена, загерметизируйте этот участок или деталь бутиловой лентой или герметиком.

Методика измерения уровня шума

Измерения шума, осуществляемые для проверки соответствия нормативным требованиям, относятся исключительно к уровню наружного шума. Методы измерения и предельные значения для неподвижных и для движущихся автомобилей были установлены в 1981 году с опубликованием руководящего документа ЕС 81/334. Уровень шума от движущихся автомобилей. Автомобиль приближается к линии А-А, расположенной на расстоянии 10 м от плоскости микрофона, с постоянной скоростью. При достижении линии А-А автомобиль с максимальным ускорение разгоняется до линии В-В (также расположенной на расстоянии 10 м от плоскости микрофона), служащей завершением контрольного участка. Уровнем шума является максимальный уровень звука, записанный с микрофона, расположенного на расстоянии 7,5 м от траектории движения. Легковые автомобили с механической коробкой передач и с количеством передач переднего хода не более 4, проверяются на 2 й пере-даче. Последовательные показания на 2-й и на 3-й передачах используются для автомобилей, для которых определяется уровень шума как арифметическое среднее двух максимумов. Измерения производятся вблизи глушителя, чтобы упростить последующее тестирование автомобиля. Измерения выполняются при частоте вращения коленчатого вала двигателя, равной 3/4 максимальной, когда развивается номинальная мощность. Если частота вращения коленчатого вала двигателя уменьшается, дроссельная заслонка быстро возвращается в положение холостого хода. Во время этого метода максимальное взвешенное значение звукового давления регистрируется микрофоном, расположенным на расстоянии 50 см от выпускной трубы под углом 4510 к направлению потока отработавших газов. Записанный уровень вносится в документацию на автомобиль в дБ (А) с суффиксом «Р» (что позволяет различать это значение и уровень, полученный с использованием предыдущих методов тестирования). Требований к уровню шума неподвижного автомобиля не установлено. Официальных требований к уровню шума в салоне не установлено. Взвешенный уровень звукового давления А можно измерить при постоянной скорости или при постепенном разгоне, например, начиная со скорости 60 км/ч или с 40% максимальной скорости (меньшее из двух значений). Далее измеренные значения звукового давления наносятся на график в зависимости от скорости. Одна серия измерений всегда выполняется на сиденье водителя; место проведения второй серии измерений выбирается исходя из компоновки салона автомобиля. Устанавливать предельное значение уровня шума в салоне автомобиля пока не предполагается.