Разработка противошумового комплекса автомобиля BMW X3

• Введение
• 1. Описание модели конструкции
• 2. Результаты расчета ВАХ автомобиля без средств снижения шума и вибрации
• 3. Разработка противошумового комплекса
• 4. Результаты повторного расчета
• Заключение
• Список используемых источников

Шум движущегося автомобиля складывается из шума, создаваемого двигателем, агрегатами автомобиля, кузовом, который колеблется от воздействия двигателя, дороги, а также потока воздуха, и вспомогательного оборудования. Работающий двигатель через элементы крепления передает вибрацию на кузов, панели которого, в зависимости от степени вибрации, издают звук — структурный шум.

Воздушный шум внутри салона автомобиля воздействует на находящихся в нём людей, создавая неблагоприятные условия. Шум оказывает вредное влияние на организм человека. Это проявляется в функциональных расстройствах нервной системы, поражении органов слуха, нарушениях деятельности сердечно-сосудистой системы. Под воздействием шума значительно снижаются качество и производительность труда.

Основные методы борьбы с шумом — уменьшение шума и вибрации в источнике их возникновения, изоляция и поглощение воздушного шума и звуковой вибрации.

Курсовой проект состоит в разработке, расчете и обосновании противошумового комплекса для модели автомобиля, состоящего из моторного отсека, салона и багажного отделения. Расчет основан на энерго-статистическом анализе (ЭСА) инженерных конструкций с использованием программного комплекса AutoSea 2.

При создании курсового проекта выполнен виброакустический расчет конструкции без средств снижения вибрации и шума, сопоставлены результаты расчета с санитарными нормами, на основании этого проведены мероприятия по снижению шума и произведен окончательный расчет.

1. Описание модели конструкции

Модель автомобиля формируется в программном комплексе AutoSea 2 из простейших геометрических элементов. Модель строится по цепочке: «узлы-пластины-объемы» .

Модель автомобиля проектируется согласно приведенным на Рис. 1 размерам. Конструкция автомобиля разбивается на 7 объемов: капот, передние места водителя и пассажира, задние места пассажиров, багажник и 3 объема под полом машины, имитирующие воздушное пространство между асфальтом и полом — как представлено на Рис. 2 Между воздушными объемами в салоне автомобиля и под полом устанавливаем мнимые «бумажные» стенки, для того чтобы объемы не сливались в один и шум распространялся под полом и в салоне, уменьшаясь с удалением от источника.

Рис. 1. Габаритные размеры автомобиля.

противошумовой комплекс автомобиль моторный Рис. 2 Разбитие модели автомобиля на 7 объемов.

Материалом для построения корпуса модели была выбрана сталь 0.8 мм.

Стекла автомобиля взяты «триплекс», состоящие из 2 слоев стекла по 2 мм и промежуточного слоя из полиэтилена толщиной 0.5 мм. (полиэтилен задан как материал с плотностью с=923 кг/м³, Модуль Юнга Е=9*10⁸ Па).

Асфальт задан толщиной 10 см. как материал имеющий плотность с=3000 кг/м³ и Модуль Юнга Е=9*10⁸ Па).

После построения корпуса в модели были расставлены источники шума и вибраций. На Рис. 3 и Рис. 4 показаны виды модели с расставленными источниками (показаны объемы) а далее приводятся их характеристики.

Рис. 3 Источники шума и вибраций.

Рис. 4 Источники шума и вибраций.

Характеристики источников шума и вибраций.

В объем капота приложен шум от двигателя (Рис.3), уровень звуковой мощности [1] которого представлен в Таблице 1.

Таблица 1. Уровень звуковой мощности двигателя

В объем под багажником приложен шум от газовыхлопа (Рис.4), уровень звуковой мощности [1] которого представлен в Таблице 2

Таблица 2. Уровень звуковой мощности газовыхлопа

На две балки передней и задней стенок капота задается силовое воздействие от крепления двигателя. Оно изображено на Рис. 3 в виде красных стрелок в передней и задней части капота.

Спектр вибрации опоры двигателя представлен в Таблице 3.

Таблица 3. Спектр вибрации опоры двигателя

Для того чтобы внести данные в AutoSea 2 виброскорость пересчитывается в силу с помощью формулы для импеданса [4]:

Характеристический импеданс для стержня, изгибающегося в центре:

Таблица 4. Результаты пересчета опор двигателя из виброскорости в силу

Вибрацию от коробки передач прикладываем к нижней пластине капота (Рис.3), задавая ее спектр через виброскорость. Этот спектр приведен в Таблице 5.

Таблица 5. Спектр вибрации коробки передач

Остается только задать вибрации от колес. Эти вибрации приложим в качестве сил на крылья автомобиля — красные стрелки по бокам автомобиля на Рис. 3 и Рис. 4. Спектр вибрации ступицы колеса представлен в таблице 6.

Таблица 6. Спектр вибрации ступицы колеса

Необходимо учесть воздействие амортизатора, для этого построим график виброизоляции амортизатора (f0 = 6 Гц) Вычтем значения виброизоляции амортизатора из вибрации ступицы колеса, тем самым получим вибрацию крыльев и пересчитаем ее в силу по формуле:

Таблица 7 Спектр вибрации крыла.

Для того чтобы определить внешний шум на расстоянии 7.5 метров от машины разместим микрофон, который видно на Рис. 5. Он будет показывать шум, исходящий от левых боковых стекол, дверей, боковых стенок багажника и капота, задней стойки (соединяем микрофон лучами с соответствующими пластинами).

Рис. 5 размещение микрофона для измерения внешнего шума

2. Результаты расчета ВАХ автомобиля без средств снижения шума и вибрации

Расчеты шума без средств снижения и санитарные нормы для салона автомобиля представлены в Таблице 7 и на графике.

Таблица 1 Сравнение полученных результатов с сан. нормами.

Рис. 6 Сравнение полученных результатов шума в салоне с сан. нормами.

Таким образом из графика Рис. 6 видно, что шум в салоне (уровни звукового давления) сильно превышает санитарные нормы в частотном диапазоне от 125 до 8000 Гц на месте водителя и до 4000 Гц на месте пассажира. На месте водителя превышение уровня звука составляет 20дБА, а на месте пассажира 18дБА. Необходимо этот шум снизить.

Что касается вибраций в салоне — на месте водителя и пассажира, спектры их представлены на Рис. 7 и Рис.8

Рис. 7 Спектр вибрации на месте водителя (пластина под ногами).

Рис. 8 Спектр вибрации на месте пассажира (пластина под ногами).

Как видно из графиков Рис. 7 и Рис. 8 вибрации на местах водителя и пассажира по сравнению с санитарными нормами очень малы, следовательно смысла их снижать нет. Внешний воздушный шум измеряется микрофоном на расстоянии 7.5 метров от автомобиля. В санитарных нормах указано, что этот шум не должен превышать 77 дБА. График звукового давления внешнего шума в точке микрофона представлен на рис 9.

Рис. 9 график звукового давления внешнего шума в точке микрофона.

Внешний шум, составляющий 51 дБА, не превышает нормы в 77 дБА.

Необходимо снизить шум на месте водителя и пассажира. Для этого нужно рассмотреть обьемы, где сидят водитель и пассажир, и выяснить через какие элементы происходит наибольший вклад шума. Графики с изображением составляющих шума представлены на Рис. 10 и Рис.11

Рис. 10 Составляющая общего шума на месте водителя.

Рис. 11 Составляющая общего шума на месте пассажира.

Итак, анализируя графики Рис. 10 и Рис. 11, видим, что на месте водителя наибольшие значения имеет структурный шум в частотном диапазоне от 125 до 8000 Гц, проходящий через ветровое стекло, боковые стекла, перегородку между салоном и двигателем и небольшая часть через пол под салоном.

На месте пассажира шум в частотном диапазоне от 125 до 4000 Гц преимущественно зависит от шума на месте водителя, и вносит вклад шум боковых стекол, шум заднего стекла и шум, проникающий через багажное отделение.

3. Разработка противошумового комплекса

В первую очередь необходимо снижать вибрацию перегородки между двигателем и капотом. Эту перегородку мы сделаем двухслойной конструкцией, задав ее в AutoSea 2 как sandwich plate, состоящей из слоя стали в 3 мм и слоя honeycomb 4 мм (плотностью 48 кг/м³ и модулем Юнга 3*10⁷ Па). Со стороны двигателя покроем ее слоем листовой мастики толщиной 2 мм (плотностью 1350кг/м³ и модулем Юнга 2*10⁹ Па)

Далее уменьшим вклад шума со стороны ветрового стекла (имеющего наибольший вклад) и всех остальных, обрамив их виброизолятором, заданным в AutoSea 2 как diagonal line isolator: Параметры?

Крышку капота покроем изнутри слоем honeycomb 4 мм.

Пол автомобиля покроем слоистым листовым материалом «Випонит», имеющим коэффициент потерь 20%

Для того чтобы уменьшить шум на месте пассажира облицуем багажник изнутри слоем листовой мастики 2 мм.

4. Результаты повторного расчета

Расчеты шума со средствами снижения и санитарные нормы для салона автомобиля представлены в Таблице 8 и на Рис.12.

Таблица 8 Сравнение полученных результатов с санитарными нормами после применения противошумового комплекса.

Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц

Уровни звука и эквивалентные уровни

31,5

звука (в дБА)

Рабочие места водителей и обслуживающего персонала (пассажиров) легковых автомобилей и автобусов

Водитель

Пассажир

Рис. 12 Сравнение полученных результатов с санитарными нормами после применения противошумового комплекса.

Заключение

В данном курсовом проекте для разработки противошумового комплекса в программе AutoSea 2 была построена виброакустическая модель автомобиля BMW X3. Был выполнен акустический расчет конструкции без средств снижения вибрации и шума, результаты расчета сопоставлены с существующими нормами — наибольшее превышение составило 22 дБ на частоте 500Гц. На основании этого сопоставления выбраны и реализованы в программе следующие противошумовые мероприятия:

перегородка между двигателем и салоном делается двухслойной конструкцией, состоящей из слоя стали в 3 мм и слоя honeycomb 4 мм, покрыв ее со стороны двигателя слоем листовой мастики толщиной 2 мм (плотностью 1350кг/м³ и модулем Юнга 2*10⁹ Па);

все стекла обрамляются виброизолятором diagonal line isolator;

пол автомобиля покрывается слоистым листовым материалом «Випонит», имеющим коэффициент потерь 20%

крышка капота покрывается изнутри слоем honeycomb 4 мм.

После был проведен повторный виброакустический расчет, результаты которого не превышают санитарных норм. Следовательно, разработанный противошумовой комплекс соответствует требованиям курсового проекта.

Список используемых источников

1. Тольский В. Е. Виброакустика автомобиля. — М.: Машиностроение, 1988. — 144с.

2. 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.

3. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.566−96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

4. Никифоров А. С. Акустическое проектирование судовых конструкций: Справочник. — Л.: Судостроение, 1990. — 200с.