Вибрация при работе двигателя спектра

Вибрация при работе двигателя спектра

Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Первоначально слово шум относилось исключительно к звуковым колебаниям, однако в современной науке оно было распространено и на другие виды колебаний (радио-, электричество).

Содержание

• 1 Классификация шумов
  • 1.1 По спектру
  • 1.2 По характеру спектра
  • 1.3 По частоте (Гц)
  • 1.4 По временны́м характеристикам
  • 1.5 По природе возникновения
  • 1.6 Отдельные категории шумов
• 2 Измерение шумов
• 3 Источники шума
  • 3.1 Неакустические шумы
• 4 Воздействие шума
  • 4.1 На человека
    • 4.1.1 Гигиеническое нормирование шума
  • 4.2 На природу
• 5 См. также
• 6 Примечания
• 7 Литература
• 8 Ссылки

Классификация шумов [ править | править код ]

Шум — совокупность непериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум — это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук.

По спектру [ править | править код ]

Шумы подразделяются на стационарные и нестационарные.

По характеру спектра [ править | править код ]

По характеру спектра шумы подразделяют на:

• широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
• тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тона. Выраженным тон считается, если одна из третьоктавных полос частот превышает остальные не менее, чем на 10 дБ[1] .

По частоте (Гц) [ править | править код ]

• низкочастотный ( 800 Гц)

По временны́м характеристикам [ править | править код ]

• стационарный;
• нестационарный:
  • колеблющийся;
  • прерывистый;
  • импульсный.

По природе возникновения [ править | править код ]

• Механический
• Аэродинамический
• Гидравлический
• Электромагнитный

Отдельные категории шумов [ править | править код ]

• Белый шум — стационарный шум, спектральные составляющие которого равномерно распределены по всему диапазону задействованных частот.
• Цветные шумы — некоторые виды шумовых сигналов, которые имеют определённые цвета, исходя из аналогии между спектральной плотностью сигнала произвольной природы и спектрами различных цветов видимого света.
• Розовый шум (в строительной акустике), у которого уровень звукового давления изменяется в октавной полосе частот. Обозначение: С;

Измерение шумов [ править | править код ]

Для количественной оценки шума используют усредненные параметры, определяемые на основании статистических законов. Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др.

Уровень шума чаще всего измеряют в децибелах (20 дБ — звуковое давление в 10 раз выше стандартного порога слышимости; 40 дБ — в 100 раз…).

Сила звука в децибелах:

• Разговор: 40—45
• Офис: 50—60
• Улица: 70—80
• Фабрика (тяжелая промышленность): 70—110
• Цепная пила: 100
• Старт реактивного самолёта: 120
• У раструба вувузелы: 130

Для измерения акустического шума Стивеном Орфилдом (Steven Orfield) была основана в Южном Миннеаполисе «Лаборатория Орфилд» (Orfield Laboratories). Чтобы достичь исключительной тишины, в комнате использованы стекловолоконные акустические платформы толщиной в метр, двойные стены из изолированной стали и бетон толщиной в 30 см. Комната блокирует 99,99 процентов внешних звуков и поглощает внутренние. Эта камера используется многими производителями для тестирования громкости своих продуктов, таких как клапаны сердца, звук дисплея мобильного телефона, звук переключателя на приборной панели автомобиля. Также её используют для определения качества звука. [2]

Источники шума [ править | править код ]

Источниками акустического шума могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума — различные двигатели и механизмы. Общепринятой является следующая классификация шумов по источнику возникновения:

• механические;
• гидравлические;
• аэродинамические;
• электрические.

Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей или нерациональности конструкций. Источниками шума на производстве является транспорт, технологическое оборудование, системы вентиляции, пневмо- и гидроагрегаты, а также источники, вызывающие вибрацию.

Неакустические шумы [ править | править код ]

• Радиоэлектронные шумы — случайные колебания токов и напряжений в радиоэлектронных устройствах, возникают в результате неравномерной эмиссии электронов в электровакуумных приборах (дробовой шум, фликкер-шум), неравномерности процессов генерации и рекомбинации носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниковых приборах, теплового движения носителей тока в проводниках (тепловой шум); см. также Электромагнитный шум[en] , Шум (радио)[en];
  • Цифровой шум изображения;
• тепловое излучениеЗемли и земной атмосферы, а также планет, Солнца, звёзд, межзвёздной среды и т. д. (шумы космоса);
• на Земле также имеются необъяснимые шумовые явления (см. звуковые аномалии).

Воздействие шума [ править | править код ]

На человека [ править | править код ]

Шум звукового диапазона замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы, это приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ. Шум угнетает центральную нервную систему (ЦНС), вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни.
При воздействии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при ещё более высоких (более 160 дБ) — и смерть.

Шум, производимый ветроэлектростанциями, также воздействует на среду обитания человека и природы.

Гигиеническое нормирование шума [ править | править код ]

Для определения допустимого уровня шума на рабочих местах, в жилых помещениях, общественных зданиях и территории жилой застройки используется ГОСТ 12.1.003-2014. ССБТ «Шум. Общие требования безопасности», СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Нормирование шума звукового диапазона осуществляется по предельному спектру уровня шума и по дБА. Этот метод устанавливает предельно допустимые уровни (ПДУ) в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки

На природу [ править | править код ]

В последнее время появились данные, что мощные двигатели кораблей и подводных лодок, и особенно гидролокаторы и сонары сильно мешают подводным обитателям, пользующимся гидролокационным способом общения и поиска добычи. Особенно страдают некоторые виды китов и дельфинов.

Некоторые необъяснимые ранее случаи массовой гибели китов, их «выбрасывания на берег» теперь нашли объяснение. В ряде случаев явление может быть связано с военными учениями, в ходе которых млекопитающие глохнут, и теряют способность ориентироваться.

MSC Software Corporation

Шум и вибрация

Шум и вибрация

Вибрация конструкций может стать причиной многих проблем, связанных с изделием: она может вызывать усталостное разрушение конструкций, вызывать дискомфорт у людей, использующих изделие или находящихся рядом, нарушать работу чувствительного оборудования, и т.д. Кроме того, нежелательные вибрации конструкций могут мешать работе изделий в соответствии с требованиями и стать потенциальной угрозой безопасности.

Выраженность шума и вибраций (NVH) – одна из характеристик изделия, легко ощущаемая людьми, и поэтому одна из приоритетных. Разработчики перспективных изделий в желании выделиться среди конкурентов довольно часто стремятся улучшить именно эту характеристику.

Благодаря передовым возможностям методов конечных элементов (FEA) и динамики многомассовых систем (MBD), предоставляемых MSC Software, пользователи могут моделировать и прогнозировать, какие вибрации будет испытывать компонент или система в различных условиях эксплуатации. Например, как водитель или пассажир будут воспринимать звук двигателя автомобиля, движущегося в крейсерском режиме или при разгоне; или ощущать вибрации и шум при проезде по выбоинам.

Системы MSC Software используются для решения различных задач, связанных с шумом и вибрациями:

Области применения:

Приложение импульсной нагрузки для анализа шума и вибраций во временной области

Анализ вибраций квадроцикла

Понимание вибрационных характеристик узла или системы обычно требует от инженера знания как собственных частот и форм колебаний изделия, так и того, какой отклик может возникать при гармоническом или произвольном изменении внешних воздействий.

Системы MSC Software для анализа NVH содержат инструменты линейного и нелинейного анализа переходных процессов и частотного отклика конструкций, систем и механизмов. Результаты этих расчётов могут быть в дальнейшем использованы для анализа распространения шума или анализа долговечности изделий.

Моделирование глушителя

Излучение шума корпусом двигателя

Распространение шума в замкнутой полости

MSC Software предлагает проверенные решения и методы для моделирования и анализа внутренней и внешней акустики.

Для внутренней акустики MSC Software предлагает моделирование взаимодействия сплошных сред и конструкций, с помощью которого вычисляют акустическое давление внутри ограниченной области. Одно из основных применений – расчёт шума, который воздействует на людей в салонах и кабинах транспортных средств. Анализ внешней акустики предполагает распространение звука в бесконечно протяжённом пространстве за пределами расчётной модели – для этого предусмотрены специальные методы расчёта. При использовании метода бесконечных элементов потребность в больших сетках ближнего поля отпадает, что сокращает размерность задач. Такие методы могут быть применены в единой расчётной модели совместно с анализом других факторов, конструкций и областей сплошных сред.

Другой технологией, помогающей в принятии конструкторских решений по снижению шума и вибраций, является анализ вклада отдельных панелей или форм колебаний в акустический или структурный отклик. Получив такие результаты, инженер может определить, какую часть конструкции нужно изменять для наиболее эффективного снижения шума и вибраций.

Анализ путей передачи шума и вибраций в автомобиле

Типичная подзадача анализа шума и вибраций — определение путей передачи энергии от источника к рассматриваемой точке.

На ранних этапах разработки изделия пути передачи энергии дают инженерам важную информацию о том, какие детали вносят большой вклад в передачу воздействий и можно ли модифицировать пути их передачи для снижения шума и вибрации в интересующих точках.

Наряду с определением функций передачи воздействий в относительно простых узлах и деталях имеется возможность их комбинирования в сложные сборки и автоматического вычисления путей передачи воздействий – Transfer Path Analysis (TPA).

В примере, представленном слева, проводится анализ передачи вибраций, возникающих в шинах автомобиля при его движении, а также в двигателе. Интерес представляет снижение шума в зоне головы водителя и пассажира, а также снижение вибраций пола в салоне. Анализ путей передачи воздействий помогает выявить детали в составе сложного изделия, которые недостаточно эффективно гасят воздействие и передают те участки спектра, которые влияют на комфорт в салоне.

Анализ характеристик связи кузова и подвески автомобиля

Довольно часто важные параметры акустической и вибрационной нагруженности изделий, воспринимаемой людьми внутри и снаружи, определяются всей конструкцией в целом.

Чтобы вычислить такие параметры, приходится моделировать изделие в сборе, что выливается в большую размерность решаемых задач и высокую сложность сборок. Компания MSC Software предлагает широкий набор методов и подходов, обеспечивающих эффективный анализ для таких моделей. Можно отметить несколько основных методов:

• Точное моделирование соединительных элементов: сварных точек и швов, заклёпок, групповых болтовых соединений, в том числе с предварительной затяжкой, клеевые соединения, и др.
• ACMS — Автоматический модальный синтез для быстрого расчёта собственных форм колебаний в параллельных режимах, многократно ускоряющий решение для задач больших размерностей или с большим количеством вычисляемых мод.
• Внешние суперэлементы для использования в процессе сборки позволяют логически разделить всё транспортное средство и повторно использовать информацию о компонентах.

Kia Spectra 2008, Евро3, МКПП: рев, вибрация, постоянно работает как под большой нагрузкой.

Добро пожаловать на ChipTuner Forum.

Опции темы

• Версия для печати

Всем привет, и с наступающими праздниками.

Владею Kia Spectra уже третий год (110 000 пробег), все это время пытаюсь избавиться от ее «особенностей», т.к. машина очень нравится.

Самое главное — вибрация, она всегда и везде: руль, педали, ручка КПП, кузов.
Вместе с вибрацией рев при разгоне со стороны 2 катализатора как я думаю, прям начиная с 1500 обмин, и дальше сильнее. Звук двигателя начинаю слышать где-то на 3500 (он начинает перекрывать рев выхлопной).

Резонатор, глушитель, катушка, провода, свечи, адсорбер с клапаном, датчик температуры ОЖ, все жижи, фильтры, сцепление с корзиной, все опоры двигателяглушителя — все меняно и кое что уже по нескольку раз для того чтобы точно убедиться.

Все пофиг, вибрация и рев все равно остаются, при разгоне такое чувство что еще одну Спектру за собой на тросе тяну.

К сравнению (чтобы не показаться субьективным) катался на разных машинах разных годов — и ни за одной не замечал такой работы двигателя, даже к Матизу 0.8 претензий никаких не было, тут же такое чувство что двигатель вот вот выскочит из под капота.

Многие списывают это на дешевизну машины, «особенности», или еще круче — замерзжие опоры двигателя.

Я бы согласился, если бы не одно но.

Если заехать где-то в -20 в теплый гараж, отогреть, завезти — работает так же, но когда выедешь опять на холод все пропадает, и машина работает просто идеально, примерно минут 10-15, потом опять глючит.

Так же с закрытой крышкой бензобака все симптомы усиливаются раза в 2, на газ в таком варианте давить вообще не хочется, бедная пыжится, ревет — а толку нет.

Похоже у нас в Тюмени никто не проверяет давление топлива, не скажу что побывал на всех СТО, но куда не заеду — диагностика одна — подключение через USB, ошибок нет — тачка в идеале.

Сейчас планирую заменить
1. Бензонасос в сборе (с клапаном давления)
2. ДМРВ
3. 2 катализатор
4. Если не надоест, куплю тут софта и приблуд на 20 000, чтобы выключить все что только можно в программе.

Если есть специалисты из Тюмени готовые продиагностировать авто с замером компресси, давления топлива, сопротивлений датчиков — отзовитесь

Бюджет маловат, хватит только купить для отечественных и то — старше 6 лет.

А на одинаковых машинах, в смысле Kia Spectra?

Модель двигателя желательно знать. Подозреваю их и так одна-две, но неграмотным это простительно. Ремень привода ГРМ уже меняли?

домовой Кузьма

Мда. Дешевле на эту сумму дальше подменой деталей на новые заниматься

Имею в виду любую другую марку авто, Спектры что довелось пощупать работают или хуже, или так же, но особо долго на других не катался, чтобы особенности почувствовать.

я бы смирился, говорю, с «особенностью» — но знаю что она может работать лучше, бывают у нее озарения, в последнее время все реже

Да что говорить Кент откуда-то отковырял Форд Эскорт за 70 000 руб, весь ржавый в дырках насквозь, так в нем тише и мягче двигатель работает.

Двигатель обычный для них 1.6 S6D (лицензия Мазды 323), до 2008 годы выпускался с Евро2 (1 катализатор, 1 лямбда, ДАД) моя с Евро3 (2 лямбды, 2 катализатора, ДМРВ вместо ДАД),

ремень ГРМ менялся уже 3 раза, недавно при замене помпы настоял чтобы его по книжке подтянули (до этого всегда ставили сразу без проворота коленвала после установки) тоже этот момент исключил.

Так же уже 2 раза прошивался, первая прошивка убрала жуткую тупизну на низах, но ее хватало на 100 км, потом адаптация что-то там переключала и она тупила и стреляла в воздухан когда газуешь, сейчас уже 2 год езжу с прошивкой от одного знаменитого прошивальщика, на ней можно перемещаться.

После прошивок этих думаю что есть где-то поломка, какой-то косяк, который прошивки просто маскируют.

Добавлено через 8 минут

Если работа с открытой крышкой бака и с закрытой отличается по вибрации, звуку и динамике, значит это не особенностьнаверно

malagar

я спокойный водитель, езжу по правилам, никогда не превышаю, обычно в правом ряду, до Спектры владел ВАЗ 21150, Пежо 207, Ниссан Примера P11, Дэу Матиз. Пробег на них всех мой общий за 200 000 км. Так что вроде ездить научился

SErgey_k

Всем привет, глюки все еще не вылечились.
Задавал вопрос на октя.ру, предложили продать машину или подвисание клапанов.

Попробую задать вопрос у вас.
Внимание, много букв.

Что не нравится:
Машина работает по разному, 2 режима

1 — идеально:
Дигатель на разгон работает ровно и тихо, звук приятный, хочется давить на газ.
На холостых нет вибрации на руле и педалях — просто ровный зуд.
При езде на низких оборотах на 1 передаче реакции на нажатии и сброс газа плавные, даже если резко бросить газ — машина плавно замедляется.
Очень хорошая приемистость, можно слегка касаясь газа на 4 передаче на 60 кмч спокойно заезжать на мосты.
В общем, так работает большинство исправных авто на которых катался, из последних — Ford Fusion 1.4 (устройство двигателя примерно как на Спектре)

2 — ужасно:
При разгоне стоит жутки рев, как от подбитого истребителя, при чем до 2000 обмин все нормально, начинает орать примерно от 2000 до 3500 — дальше звук вплоть до 6000 нормальный.
Очень напрягает при езде по городу, передаточные числа в КПП так подобраны, что чтобы ускориться вместе с потоком как раз нужно примерно до 3500 доводить.
Каждый разгон как наказание
На холостых сильная вибрация рульрычаг КППпедаликузов.
При езде по дворам на 1 передаче или толкание в пробках сильно выматывает — реакции на нажатиесброс газа слишком резкие, постоянно приходится смягчать сцеплением.
Нет приемистости, динамика ГазелиКлассики ВАЗМатиза.

Обычно машина работает ближе ко 2 режиму.
Если ее прогреть хорошенько на холостых — стремится в режим 1.

В общем за уже почти 4 года наблюдений заметил — становится лучше если она постоит потарахтит, начинаешь ездить — глючит.
В общем ей нужно примерно час чтобы более-менее нормально работать. Не важно зима, лето — примерно час.
Заведенная с утра в 99% случаев будет рычать трястись и не ехать.

Но если заглушить и запустить через час-два — работает изумительно первые метров 100.

Иногда бывает ни с того ни с сего прямо с утра работает идеально, может день-два так работать, потом снова тупит.
Тоже никак не зависит от погодывремени годабензинарежима езды до этого — в общем связи не заметил ни с чем.

Сразу предупрежу, не судите строго, до Спектры я в машинах только бензин умел заливать.
Сейчас уже многое поменяно и проверено, но никак не удается найти вот что:

Катушки зажигания искрят в темноте, проскакивают искры прямо сквозь корпус катушек на их железную рамку.
При чем на холостых все норм, стоит чуть газонуть — проскакивают по обеим катушкам (DIS система)

Долговременная топливная коррекция после запуска и прогрева = 0
Начинаешь ехать, примерно за 10 минут уходит в +6/+7 и так зависает.
Если долго потом стоять на холостых снова вернется в ноль.

Свечи и лямбда в белом налете, но в целом чистые, загрязняются равномерно.

Что было сделано:
Испробована куча свечей NGK и Denso с характеристиками под движок. Уменьшал зазорувеличивал — не оно. Сейчас стоят иридиевые Denso IK20.
Стоит уже третья катушка, она от NGK, но похоже они все одинаковые — родная и оригинал до нее точно также искрили.
Попервой были недорогие провода, потом несколько комплектов оригинальных, сейчас провода от NGK — они по качеству самые лучшие на вид.
Заменено: ДМРВ, Датчик детонации, ДПКВ, ДПРВ, ДТОЖ, Лямбда1, датчик дроссельной заслонки, клапан заслонки, заслонка чистая (раз в год чищу), прокладка заслонки, Адсорбер, клапан его продувки, Бензонасос в сборе (он там с регулятором), все фильтры само собой.
На старом насосе пытался повышать давление в рампе до 3.5 (2.6 минимум, старый насос давил 3, при нажатии на газ скидывал до 2.8), но ничего не заметил, купил новый насос — работает так же, не оно в общем.
Форсунки мылись на стенде в СТО — распыляют ровно и одинаково, по крайней мере мастера никакого криминала не увидели, колечки их тоже поменяны.

Приделывал катушку БОШ от Калины — также ревет и трясется, с ней машина даже потупее немного.

В общем, очень хочется найти причину глюков, как вы поняли

Летом 2013 разобрался как прошивать — залил стоковую прошивку — покатался месяц, все те-же глюки, только во время когда ей плохо совсем тупит на низах.
Но. Когда у нее хорошее настроение она отлично бегает и без прошивки.
Обратно залил тюнингованную программу. С ней на тупняках хоть как-то перемещаться можно.

Сейчас, судя по симптомам у машины «бедная смесь». (поправьте если не прав)
При чем бедная смесь только при разгонах — т.к. на холостых коррекция возвращается в ноль.

Вопросы:
1. Может ли быть симптом бедной смеси от не до конца сгоревшего топлива (катушка потеряла силу разряда от искр — искра ослабла)?
2. Или все же катушки прошивают именно потому что не могут пробить бедную смесь?

Такое искрение катушек на Спектрах очень частое явление, я порой когда встречаю Спектру — заглядываю, у всех так. Но в общем-то и все Спектры славятся ревущими моторами
Еще на Сонате тоже самое видел. (Соната правда стояла в СТО с загнутыми клапанами)

Как моделировать вибрации и уровень шума в коробке передач с помощью COMSOL Multiphysics®

Зубчатые передачи используются в таких устройствах, как часы, промышленное оборудование, музыкальные шкатулки, велосипеды и автомобили. Коробка передач является основным источником вибраций и шума в таких устройствах. Для эффективного снижения уровня шума в коробке передач необходимо выполнить виброакустическое моделирование с последующим улучшением конструкции. Давайте посмотрим, как можно использовать программное обеспечение COMSOL Multiphysics® для создания более тихих систем передач.

Расчёт уровня шума, вибрации и жёсткости в коробке передач

Коробка передач обычно состоит из зубчатых шестерней, валов, подшипников и корпуса. При работе коробка передач сильно шумит по двум причинам:

1. Передача нежелательных поперечных и осевых сил на подшипники и корпус при зацеплении одного вала с другим
2. Люфт в различных частях коробки передач: в зацеплении зубчатых шестерней, в подшипниках и в корпусе

Самым шумным узлом в коробке передач является зацепление зубчатых шестерней. Ниже показана схема возникновения и распространения шума в окружающую среду.

Свист и треск зубчатых шестерёнок

Можно выделить две разновидности шума, возникающего при зацеплении зубчатых шестерней: свист и треск.

Первый — один из самых распространённых шумов в коробке передач, особенно когда двигатель работает под нагрузкой. Он возникает из-за вибрации в коробке передач вследствие погрешности зубчатого зацепления при включении передачи, а также из-за различия жёсткости в зацеплении. Свист зубчатых шестерней возникает при частоте зацепления и обычно достигает уровня шума от 50 до 90 dB по относительной шкале уровня звукового давления при измерении на расстоянии одного метра.

Треск зубчатых шестерней обычно возникает при работе двигателя без нагрузки. Примерами могут служить дизельные автобусы и грузовики, работающие на холостом ходу. Треск — это ударная разновидность шума, вызванная работой коробки передач на холостом ходу. Одним из параметров зубчатой шестерни, который непосредственно влияет на треск, является окружной зазор, необходимый для смазки. Простое регулирование величины этого зазора может снизить уровень шума.

Погрешность зубчатого зацепления

Что же такое погрешность зубчатого зацепления? Когда две шестерни имеют идеальный эвольвентный профиль, вращение выходной шестерни зависит от крутящего момента на входной шестерне и передаточного отношения. Постоянное вращение входной шестерни приводит к постоянному вращению выходной. Существуют различные причины модификации формы зуба шестерни, такие как износ, смещение по оси, модификация профиля ножки и вершины зубца. Такие изменения могут привести к отклонению по центральной оси выходной шестерни при вращении. Это и есть погрешность зубчатого зацепления (ПЗЗ). При динамической нагрузке вибрация зубьев в шестернях также приводит к погрешности зубчатого зацепления. Комбинированная погрешность называется динамической погрешностью зубчатого зацепления (ДПЗЗ).

Моделирование уровня шума и вибраций в коробке передач в COMSOL Multiphysics®

Снижение шума до приемлемого уровня — сложная задача, особенно в современных коробках передач, которые состоят из множества работающих одновременно зубчатых шестерней. Правильно смоделировав данный механизм, мы можем разработать более тихую коробку передач. COMSOL Multiphysics позволяет разработчикам точно обозначить проблемы и предложить методы их решения, учитывая конструктивные ограничения. С помощью данного программного обеспечения мы можем оптимизировать существующие разработки, чтобы уменьшить уровень шума и, более того, сделать это задолго до стадии производства.

Модель коробки передач в рабочем интерфейсе COMSOL.

Рассмотрим пятиступенчатую синхронизированную механическую коробку переключения передач (МКПП) в автомобиле, чтобы изучить распространение вибрации и шума. МКПП в автомобиле служит для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам.
Геометрия пятиступенчатой МКПП в автомобиле.

Для численного моделирования данной задачи мы будем использовать два физических интерфейса:

1. Механических нализ многотельных систем
2. Акустический анализ

Во временной области мы рассчитаем динамику вибрации зубчатых шестерней и корпуса. Входными данными будут являться частота вращения двигателя и выходной крутящий момент. В акустической части анализа мы рассчитаем уровни звукового давления вокруг коробки передач для заданного диапазона частот, используя нормальную составляющую ускорения корпуса в качестве источника шума.

Анализ вибраций в коробке передач

В начале рассмотрим механизм синхронизированной коробки передач. В ней используются шестерни с косыми зубцами для передачи крутящего момента от начала приводного вала через обратный вал к концу приводного вала.

Механизм синхронизированной пятиступенчатой коробки передач без учёта синхронизирующих колец, соединяющих шестерни с основным валом.

Параметры шестерней представлены в таблице:

Шестерни на приводном валу могут вращаться свободно, в то время как шестерни на обратном валу закреплены. На валу фиксируется только одна передача. На практике это достигается при помощи синхронизирующих колец. В модели для зацепления и расцепления зубчатых шестерней с приводным валом используются шарнирные соединения (hinge joints) с условием включения.

Валы задаются жёсткими и прикреплёнными к корпусу через шарнирное соединение. Сам корпус задаётся гибким, стоящим на земле и прикреплённым одним концом к двигателю. Данные, необходимые для расчёта движения, следующие:

Задав все необходимые параметры, можно выполнить расчёт и получить анимацию распределения вибраций в корпусе, как показано ниже:

Анимация распределения напряжений по Мизесу в корпусе и скорости различных шестерней.

Выберем произвольную точку на корпусе, чтобы построить графики нормальной составляющей ускорения. На левом графике ниже показана зависимость нормальной составляющей ускорения от угла поворота приводного вала. Разложим данную функцию в частотной области с помощью преобразования Фурье (используя FFT-решатель). На правом графике ниже показан частотный спектр вибраций. По графику видно, что нормальная составляющая ускорения содержит несколько резонансных пиков. Вибрации максимальны в диапазоне частот от 1000 до 3000 Гц.

Зависимость нормальной составляющей ускорения от угла поворота приводного вала и её разложение в частотный спектр Фурье в произвольной точке на корпусе.

Расчёт уровня шума в коробке передач

Теперь давайте разберём, как смоделировать распространение шума в COMSOL Multiphysics. Для начала ограничим область вокруг коробки передач воздушной сферой, чтобы в ней моделировать распространение шума.

Для связи двух физических интерфейсов добавим одностороннюю взаимосвязь, полагая, что внешняя среда — это воздух. Такая взаимосвязь означает, что вибрации корпуса влияют на окружающую среду, в то время как влиянием акустических волн на конструкцию мы пренебрегаем. Это позволит быстрее решить нашу задачу.

Акустический анализ выполняется в частотном диапазоне. Поскольку расчёт многотельных систем производится во временной области, необходимо преобразовать ускорение корпуса из временной области в частотную. Для этого используется преобразование Фурье (FFT-решатель).

Воздушная сфера, ограничивающая область вокруг коробки передач для акустического расчёта. Показаны два микрофона, измеряющие уровень шума.

В качестве источника шума используется нормальная составляющая ускорения, которая применяется на внутренние границы акустической области. Чтобы не допустить каких-либо отражений от внешних границ акустической области, добавим узел Spherical Wave Radiation (Сферическое условие излучения). Настроив модель таким образом, мы можем выполнить акустический расчёт и посмотреть на уровни звукового давления на поверхности коробки передач, а также в области вокруг неё на разных частотах. Для лучшего понимания направленности шума, добавим графики распределения звукового давления в разных плоскостях при различных частотах.

Уровень звукового давления на поверхности коробки передач (справа) и вокруг неё (слева).

Уровень звукового давления на расстоянии 1м в плоскости xy (слева) и в плоскости xz (справа).

Теперь рассмотрим уровни звукового давления. Как раз для этого мы расположили два микрофона в воздушном пространстве.

Расположение микрофонов задаётся в узле Параметры и может быть изменено в любой момент без пересчёта модели.

Частотный спектр амплитуд давления в местах расположения микрофонов.

Вышеприведённый график даёт хорошее представление о частотной составляющей уровня шума. Однако, было бы ещё лучше, если бы мы могли слышать шум, поступающий на микрофон, прямо как в физическом эксперименте. Это возможно реализовать, если написать спциальный скрипт на языке Java®, используя данные об амплитуде и фазе звукового давления, как функцию от частоты.

Давайте послушаем звуковые файлы, в которые записыван шум с двух микрофонов…

Мы уже рассмотрели результаты акустического моделирования на различных частотах. Было бы здорово увидеть данные результаты во временной области. Представим результаты во временной области с помощью преобразователя Фурье (FFT-решатель), чтобы затем визуализировать распространение в динамике акустических волн вокруг коробки передач.

Анимация распространения акустических волн вокруг коробки передач.

Проектирование менее шумной коробки передач

В данной заметке мы рассмотрели методику расчёта шума от коробки передач с помощью комбинации механического анализа многотельной системы и последующего акустического исследования. Данная методика может быть использована перед началом производственного процесса для создания менее шумных коробок передач в рабочем диапазоне скоростей. Новые функциональные возможности в версии 5.3 пакета COMSOL Multiphysics® позволяют записывать реальный шум в работающей коробке передач, что приближает моделирование к настоящему физическому эксперименту.