Рукопись о шуме

Несмотря на то, что в конструкции автомобиля присутствуют системы, отвечающие за виброизоляцию кузова от виброактивных агрегатов и систем, что обеспечивается вибродемпферами и виброизоляторами - подушками опор и подвески, силового агрегата, подвесками системы выпуска отработавших газов, подушками опор радиатора системы охлаждения, сайлент-блоками и резиновыми элементами подвески автомбиля), которые обеспечивают перепады уровней виброускорений до и после опор на рекомендуемую величину не менее 26 db, то есть в 20 раз, - внутри пространства салона автомобиля невозможно обеспечить высокий акустический комфорт, желаемый как с точки соблюдения национальных стандартов (ГОСТ 27435-87), так и с точки зрения сохранения здоровья, безопасности и просто хорошего настроения водителя и пассажиров.

 

С другой стороны, в автомобиле имеются источники шума аэродинамического типа (открытые срезы труб впуска и выпуска, зоны контакта зубчатого ремня привода ГРМ со шкивами, а также лопасти вентилятора системы охлаждения двигателя), которые в отличие от указанных выше источников звука, передающихся твердым путем через опорные связи виброактивных узлов и систем, передаются в пространство салона автомобиля воздушным путем. Естественно, для этих источников и путей их передачи необходимо применить также своеобразные антишумовые мероприятия.

 

В-третьих, сам автомобиль как звукоизлучающая система - очень сложный многоканальный звукоизлучающий инструмент со сложным взаимодействием и взаимовлиянием отдельных каналов друг на друга, в результате чего в замкнутом пространстве салона (кабине) автомобиля образуется акустическое поле, неоднородное в пространстве по интенсивности звука, с более или менее выраженными узлами (минимумами) и пучностями (максимумами) звуковых давлений на низких резонансных частотах колебаний воздушного объема салона как упруго-массовой колебательной системы. В области средних и высоких частот звукового спектра в салоне автомобиля (свыше 500 Гц) характер звукового поля носит диффузный характер, вызываемый в основном многократными отражениями звуковых волн от жестких и частично податливых стенок внутреннего пространства салона (пола, крыши, панелей, щитка передка, стекол, дверей, задней стенки разделяющей салон и багажное отделение), и также процессом временной ревеберации звука в этом замкнутом пространстве (т.е. послезвучие с постепенным ослаблением звука вследствие постепенного частичного поглощения звука обивками интерьера, сиденьями, ковровыми покрытием и т.п.

 

Общий вес пакета шумоизоляции салона и вибродемпфирования панелей кузова современного зарубежного автомобиля класса ВАЗ 2110 составляет 30...40 кг. И это несмотря на то, что он комплектуется относительно тихим двигателем с малыми зазорами в сочленениях кривошипно-шатунного механизма - основного и самого мощного "генератора" виброакустического возбуждения силового агрегата передающегося в салон как структурным путем через опорные и коммуникационные связи (опоры силового агрегата, подвеску системы выхлопа, опорные связи механизма привода переключения передач, привод акселератора, топливопроводы и пр.), так и воздушным путем - через непосредственно панели кузова с недостаточным демпфированием и звукоизоляцией, через пустотелые сечения силовых элементов кузова (лонжеронов, стоек, усилителей) - сообщающих пространство зашумленного моторного отсека с пространством пассажирского салона, через негерметичные отверстия и каналы, образующиеся в зонах "некачественных" уплотнителей педального блока, отопителя, дверей, стекол, через незакрытые технологические отверстия. Следует добавить, что современный легковой автомобиль указанного выше класса комплектуется такими эффективными шумопоглощяющими элементами как:

cильфонные или шаровые компенсаторы колебаний выхлопной системы, устанавливаемые в зоне приемной трубы глушителей не только предотвращают от разрушения нейтрализатор и кислородные датчики, но и, значительно ослабляя колебание выхлопной системы, уменьшают излучения структурного звука, излучаемого поверхностями стенок корпусов глушителей и участками трубопроводов выхлопной трассы;

крупногабаритными воздухоочистителями системы впуска двигателей, объем камер которых в современных конструкциях легковых автомобилей достигает 8...9 литров и которые, кроме функции очистки воздуха, выполняют параллельную функцию глушения шума впуска, генерируемого процессом открытия впускных клапанов и пульсациями засасываемого в цилиндры воздуха.

 

При этом система впуска современного двигателя легкового автомобиля оборудуется дополнительными шумозаглушающими устройствами - четвертьволновыми резонаторами (в виде тупиковых с жестким донышком трубчатых отростков, параллельно подключаемых к участкам впускного трубопровода), резонаторами Гельмгольца в виде соответствующих камер, подключаемых параллельно к участкам трубопроводов через специальные единичные горлышки или через семейство горлышек, образуемых отверстиями перфорации трубопровода, охваченных герметичным кожухом;

в ряде случаев используется расширительные камеры, подключаемые последовательно на отдельном участке трубопровода трассы впускной системы двигателя; известны применения указанных выше резонаторов не только на участках трубопроводов впускной системы, но и непосредственно подключаемых к камерам воздухоочистителя или ресивера в виде компактных интегрированных конструкций; широко распространены также конструкции шумопоглощающих воздухозаборных шлангов, изготовленных из волокнистых плетенных материалов;

электровентиляторов системы охлаждения двигателя с закольцованной крыльчаткой вентилятора, что реализует беззазорное сочленение периферии лопастей с направляющим кожухом, благоприятное с точки зрения минимизации генерируемого аэродинамического шума вентилятора; в отличае от крыльчатки с механическим приводом электровентилятор вращается с относительно невысокой частотой вращения не превышающей 3500 об/мин, что также весьма благоприятно с точки зрения невысокого излучаемого шума. Учитывая, что электродвигатель может являться источником вибрационного возбуждения кузова, весьма важно выполнить его полную вибрационную развязку с кузовом посредством установки эффективных опор радиатора с кузовом;

В качестве кардинальной (функциональной) меры, уменьшающей корпусной (структурный) шум современного двигателя легкового автомобиля, следует признать применение ужесточающего бруса (плиты), связывающего в единый жесткий моноблок динамически подвижные подшипниковые опоры коленчатого вала (Дэу, Опель, Форд-Фокус и пр.) и обеспечивающей снижение корпусного шума двигателя на 2..4 db.

 

В качестве эффективной шумопоглощающей меры снижения корпусного шума двигателя за счет демпфирования резонансных крутильных (и изгибных) колебаний коленчатого вала двигателя следует признать использование демпфера крутильных колебаний коленвала, смонтированного носке коленвала в виде интегрированной конструкции с приводным шкивом (типа ВАЗ 2110) и обеспечивающего эффект снижения корпусного шума двигателя и резонансных режимах работы на 2..3 db за счет снижения амплитуд крутильных колебаний на оси коленвала в 2..5 раз.

 

Выполнение выпукло-вогнутых динамически жестких поверхностей стенок блок-картера и масляного поддона двигателя также в значительной мере способствует снижению корпусного шума двигателя возбуждаемого работой кривошипно-шатунного механизма двигателя. В отдельных случаях масляный поддон (картер) выполняется цельноштампованным из трехслойного материала MPM ("металл-пластик-металл"), обладающего высокими виброшумо-демпфирующими характеристиками.

 

Применение зубчатоременного привода механизма газораспределения в сочетании с компактным непосредственным приводом клапанов, отличающимся меньшим числом кинематических и динамических связей и установленным минимальными зазорами в подвижных сочленениях деталей газораспределительного механизма, а также полная виброизоляция клапанной крышки от структуры головки цилиндров позволяют считать газораспределительный механизм и его привод второстепенным источником шума современного легкового автомобиля; дополнительно этот источник шума двигателя в отдельных моделях автомобилей ослабляется верхним звукоизолирующим кожухом (акустической полукапсулой), выполненным в виде изящной, с хорошим дизайном верхней декоративной крышки.

 

В современных конструкциях легковых автомобилей (включая ВАЗ 2110, 21214) применяется низкошумная конструкция генератора, в которой используется внутренняя напорная крыльчатка;

В современных конструкциях легковых автомобилей возникают и дополнительные проблемы акустического комфорта в салоне автомобиля - это проблемы шума излучаемого большим количеством малогабаритных электрических машин и приводов - электробензонасоса в топливном баке, электродвигателей отопителя, очистителей стекол, стеклоподъемников и т.п. Причем, чем в большей степени ослаблена передача шума от силового агрегата и систем двигателя в салон автомобиля, тем в большей степени проявляют себя такие "мелкие" источники шума из-за ослабления маскирующего эффекта шумами силового агрегата и системами двигателя;

для ослабления передачи шума на кузов в салон дорожного шума передаваемого через элементы ходовой части автомобиля от микро профиля дорожного покрытия (через элементы подвески автомобиля) в современных конструкциях легковых автомобилей применяются большеобъемные резинометаллические сайлент-блоки, размеры которых соизмеримы с опорами (подушками) силового агрегата;

при больших скоростях движения, как внешней оси (в 7,5 м от продольной оси движения автомобиля, ГОСТ 27436-87), так и внутренний шум (в салоне автомобиля в точках 1 и 2 в зоне правого уха водителя и ушей пассажиров на переднем и заднем сиденье в плоскости продольной оси автомобиля), в значительной мере формируется шумом катящихся и взаимодействующих с дорожным покрытием шин. Следует отметить, что многие модели отечественных шин являются достаточно тихими (в отличие от многих моделей импортных, включая такие знаменитые фирмы и модели, как Michelin, Matador, Tigar, Goodyear). В качестве типовых могут быть использованы модели БИ-391, БЛ-85, Л-5, ВаИ-10, отличающиеся очень низким излучением шума;

для ослабления передачи вибровозбуждения от силового агрегата на кузов в современных конструкциях легковых автомобилей класса ВАЗ 2110, как правило, используют массивные резинометаллические подушки и жесткие литые кронштейны; в ряде случаев используется гидроопоры в составе подвески силового агрегата, позволяющие ослаблять резонансную передачу низкочастотного возбуждения на кузов, в том числе и от неровностей микропрофиля дорожного покрытия.

 

Рассматривая и анализируя отечественные модели автомобилей ВАЗ, ГАЗ, АЗЛК, ИЖ, УАЗ с точки зрения состава их пакетов (наборов) шумопоглощающих мероприятий и сравнивая с соответствующим составом мероприятий реализованых в конструкциях современных моделей ведущих зарубежных автомобильных фирм, приходим к выводу что, несмотря на отсутствие многочисленных противошумных мероприятий по силовому агрегату, системам двигателя, ходовой части, а также использования небольшого разнообразия малоэффективных виброшумодемпфирующих материалов кузова, общий вес пакета материалов шумоизоляции и вибродемпфирования кузова, при этом еще и существенно (на 10..20 кг) уступает современным зарубежным пакетам.

 

Учитывая слабые потенциальные возможности внедрения в конструкции отечественных легковых автомобилей, как промышленным способом (на автозаводах), так и в индивидуальном порядке (самостоятельно или в небольших тюнинговых компаниях) многочисленных кардинальных конструктивных усовершенствований по силовому агрегату, системам двигателя и ходовой части, наиболее эффективным и легко осуществимым приемом улучшить акустический комфорт в салоне является применение пакета эффективных шумопоглощающих и вибродемпфирующих материалов установленных на металлических панелях кузова и полимерных панелях (деталях) интерьера салона кузова, а также на металлических панелях моторного отсека (капоте, щитке передка, брызговиках двигателя) и на панелях багажного отделения кузова (полу, брызговиках задних колес).

 

Для решения специфических акустических проблем уменьшения шума закрывания дверей, кроме покрытия слоем полимерного покрытия (пластмассой) деталей механизмов замков дверей, применяются виброшумодемпфирующие самоклеющиеся накладки на лицевых панелях дверей, вибропоглащающие накладки между брусом жесткости и лицевой панелью, многоконтурные емкие резиновые уплотнители на дверных проемах. Также разрешению этой проблемы способствует виброшумодемпфирование панели крыши.

Демпфирование панели крыши целесообразно и с точки зрения ослабления ударного шума капель дождя. Весьма актуальной становится проблема необходимости эффективного виброшумодемпфирования металлических панелей кузова и деталей интерьера салона при использовании в автомобиле аудиосистем, головки (т.е. динамики, громкоговорители) которых являются мощными возбуждающими вибраторами структурного типа (твердым путем), а колеблющиеся диффузоры - возбуждающими источниками аэродинамического типа (воздушный путь передачи возбуждения). Но решение данной проблемы не только не позволяет исключить "паразитное" искажающее звучание панелей, но и в ряде случаев вызывает нежелательные раздражающие шумы. Более того, демпфирование металлических и пластмассовых деталей интерьера кузова благоприятно и для исключения возбуждения скрипов, стуков и гулов этих панелей при движении автомобилей по "негладким" российским дорогам.

 

Аналогичным образом, ослабляется виброакустичесское возбуждение отмеченных панелей кузова смонтированными на кузове многочисленными электродвигателями и электроприводами.

Для ослабления шума, генерируемого в пространстве моторного отсека силовым агрегатом, системой впуска и охлаждения двигателя, желательно его поглощение пористыми звукопоглощающими панелями, закрепленными механическими крепежными элементами или же эффективным клеевым слоем, содержащимся непосредственно на поверхности панели. Что касается последнего варианта, то, учитывая высокие температуры (до 90°) в пространстве моторного отсека при одновременном (не параллельном) воздействии вибраций панелей, попадания воды, топлива, масла, грязи в зоны адгезионных соединений шумопоглощающих накладок и панелей кузова (капота, щитка передка), весьма важны адгезионные характеристики применяемого клеевого соединения и его стабильность в условиях длительной эксплуатации при таких неблагоприятных внешних воздействиях.

 

Наиболее высокими акустическими характеристиками в сочетании с наиболее стабильными адгезионными и эксплуатационными характеристиками обладают панели из материала АА 25, AA 12.5. Это самоклеящиеся панели толщиной 12,5 и 25 мм из специального открытоячеистого акустического пенополиуретана, облицованного звукопрозрачной алюминизированной пленкой, защищающей пористый слой от механического и температурного разрушения, загрязнения, впитывания паров масла и топлива, придающий панели эстетический вид, позволяющий легко производить мойку этих панелей.

 

Среди специфических проблем применения различных шумовибродемпфирующих материалов в салоне автомобиля следует выделить также проблему неприятных специфических запахов в автомобиле, актуальную как в летнее, так и в зимнее время. Широко распространенные в автомобилестроении, например, битумные панели (мастики) с клеевым или термоадгезивным слоем, установленные на щитке передка и полу автомобиля, под воздействием высоких температур со стороны близко расположенной выхлопной трассы и в особенности- трассы содержащей "очень горячий" каталитический нейтрализатор (для его эффективной работы температура должна быть достаточно высокой), начинают интенсивно испаряться и даже выгорать. А так как они установлены со стороны салона, то эти пары попадают в органы дыхания водителя и пассажиров, вызывая соответствующую реакцию и, судя по всему, не улучшают их самочувствия и здоровья.

 

Похожая проблема возникает и при применении виброшумодемпфирующих накладок на лицевых (изнутри) панелях крыши и дверей, разогреваемых в жаркое лето солнечным излучением. Ввиду того, что панели, созданные на базе битума, являются весьма тяжелым материалом, то в этом случае весьма проблематично обеспечить и сохранить при воздействии высоких температур качественную адгезию накладок с указанными панелями. Именно поэтому очень легкие самоклеющиеся панели из прессованных целлюлозных волокон типа картона, обработанных эффективными вибропоглощающими пропитками по особой технологии (материалы VD-13, AAD-12,5), лишены перечисленных недостатков, являясь в 2..3 раза более легкими и в 2..3 раза более эффективными по вибродемпфированию. Так, композитный коэффициент потерь, определенный по методу Oberst у данных материалов составляет соответственно 0,13, 0,17 и 0,25, в то время как у отечественных производителей виброшумодемпфирующих материалов созданых на базе битумов и специфических полимеров, он не превышает 0,11-0,14.

 

Обобщая известный по публикациям современный опыт щумовибродемпфирования панелей кузова салона автомобилей, следует констатировать, что:

минимальный вес пакета шумовибродемпфирования кузова должен быть не менее 30 кг, при этом в его составе должны преобладать легкие с низким удельным поверхностным весом не превышающим 2,5 кг/м2 вибродемпфирующие и шумопоглощающие листовые панели;

композитный коэффициент потерь вибродемпфирующих покрытий (ламинатов), оцененный по методу Oberst на полосе стального листа толщиной 1 мм, не должен быть ниже 0,13. Т.е. не менее 13% вибрационной энергии, подводимой к изгибно-вибрирующей стальной полосе, должны необратимо преобразовываться в тепловую энергию, рассеиваемую в вибропоглощаемом слое ламината;

нормальный коэффициент звукопоглощения пористых шумопоглощающих материалов, оцениваемых стандартным методом акустического интерферометра в трубе Кундта в диапозоне частот 500...8000 Гц, не должен быть ниже 0,6. Т.е. не менее 60% поданной на панель звуковой энергии должно преобразовываться необратимо в тепловую энергию в результате фрикционных потерь в порах материала и деформационных потерь скелета пористого (пенистого, волокнистого) материала;

способность к звукоизоляции многослойных материалов шумоизоляции кузова, содержащих легкий (пенистый или волокнистый) звукопоглощающий слой и тяжелый вязко упругий (типа "септум") звукоизолирующий слой, должна подчиняться заданной нормативной предельной кривой с контрольными значениями способности звукоизоляции не ниже 10 db на частоте 500 Гц, 20 db на частоте 1000 Гц и 40 db на частоте 4000 Гц.

dop.ru