Print

Měření vibrací převodovek jako ukazatel jízdního komfortu vozidel

-- 30.06.2020

Hluk a vibrace jsou základním projevem pracovních procesů u dopravních prostředků a v dnešní době jsou důležitými faktory komfortu, protože je nelze v plné míře odstranit, ale pouze redukovat na přijatelnou hodnotu. Při běžném provozu automobilu by měly být vibrace a hluk dostatečně utlumeny, aby nerušily a jiným způsobem neovlivňovaly posádku. Článek se zabývá především otázkou měření vibrací převodovky, která je jedním z potenciálních zdrojů hluku vozů.

Gearbox vibration measurement as vehicles indicator of ride comfort

Noise and vibration are fundamental expression of workflows for means of transport and are today important factors of comfort, because it cannot be fully removed, but only reduced to an acceptable value. During normal operation of the vehicle, vibration and noise should be sufficiently attenuated to prevent disturbance and other ways to impair the crew. The article focuses primarily on issues of gearbox vibration measurement, which is one of the potential sources of car noise.

1. Úvod

Automobilový průmysl patří k nejvíce se rozvíjejícím průmyslovým odvětvím a s jeho rozvojem se zvyšují i nároky na jízdní komfort. Převodovka je nedílnou součástí každého automobilu a každý uživatel vozidla, nejen řidič, její projevy intenzivně vnímá.

V současné době se automobilové společnosti kvůli vysoké konkurenci snaží o to, aby jejich produkty opouštěly výrobní prostory v nejvyšší kvalitě. Otázka pohodlí řidiče vozidla i ostatních cestujících je již dávno odrazem konkurenceschopnosti a úspěšnosti návrhu a konstrukce vozidla. Řešení těchto otázek eliminuje nervovou i svalovou únavu, vibrace, hluk, viditelnost, tepelnou pohodu a ovlivňuje řadu dalších činitelů, které mají vliv na přenos vibrací na člověka. 

2. Kritéria jízdního komfortu

Základní kritéria, která určují jízdní komfort, jsou vibrace, hluk a tepelná pohoda v kabině vozidla. Hluk a vibrace jsou základním projevem pracovních procesů u dopravních prostředků a v dnešní době jsou důležitými faktory komfortu, protože je nelze v plné míře odstranit, ale pouze redukovat na přijatelnou hodnotu. Při běžném provozu automobilu by měly být vibrace a hluk dostatečně utlumeny, aby nerušily a jiným způsobem neovlivňovaly posádku. Automobil obsahuje několik dílčích zdrojů, jako jsou motor, převodovka, pneumatiky a další. Tepelná pohoda není v dnešní době velkým problémem, je vyřešena možností regulace klimatizace kabiny automobilu.

3. Experimentální metody určování jízdního komfortu

Základním aspektem je typ vozidla. Vozidla různých typů jsou odlišnými způsoby konstruována a tato konstrukce a použité prvky přímo ovlivňují pohodlí a kvalitu jízdy. Základní hodnocení jízdního komfortu se provádí podle subjektivního vnímání člověka nebo objektivního měření. Objektivní měření se provádí na základě stanovených veličin.

Aby byly provedené zkoušky dostatečně kvalitní a jejich výsledky dostatečně věrné, je nutno před samotným testováním stanovit testovací podmínky.

Experimentální zkoušení vozidel bývá zpravidla dvojího typu:

  • Testování vozidel v reálných podmínkách – jízdní zkoušky: Vozidla jsou testována v reálných podmínkách, a to buď přímo v běžném silničním provozu, nebo na polygonech. Cílem tohoto areálu je co nejvěrohodněji nasimulovat podmínky, které jsou typické pro klasický silniční provoz.
  • Testování vozidel v podmínkách uměle vytvořených – laboratorní zkoušky: Testy se provádějí v uměle vytvořených podmínkách ve zkušebnách, většinou souběžně s jízdními testy. Cílem je vytvořit takové prostředí, které odpovídá realitě. Výhodou je časová úspora.

4. Zkoušky hlučnosti převodovky

Detekci vibrací převodovek umožňuje technická diagnostika pomocí metod vibrodiagnostiky. Tyto metody slouží jednak ke zjištění kvality výrobku, jednak také pro identifikaci závady na stroji. V jednotlivých fázích výroby převodovky se provádějí testy na hlučnost. Ve fázi výroby ozubení je po dokončovací operaci provedena na obrobku zkouška hlučnosti odvalem. Jedná se o základní metodu zjišťování kombinovaných odchylek a házivosti ozubení. Při tomto komplexním testu je ozubené kolo testováno pro stanovení chyby záběru. Zkouška odvalem se provádí na každém díle s valivým ozubením, které je dokončováno za měkka. Princip dvoubokého odvalu spočívá v odvalování dvou ozubených kol bez boční vůle, kdy jedno z nich je hnací (kontrolní) a druhé hnané (kontrolované). Jedno z kol je přitlačováno k druhému, aby byl zajištěn stálý oboustranný dotyk spoluzabírajících zubů. Osová vzdálenost obou kol při měření není konstantní. Případné geometrické odchylky testovaného kola se projeví právě ve změně osové vzdálenosti spoluzabírajících kol na úchylkoměru.

Po kompletaci převodovky je na montážní lince opět provedena zkouška hlučnosti, tentokráte však již kompletní převodovky. Přímé měření vibrací kompletní převodovky se provádí na zkušebním stavu, kde je převodovka upnuta a je zajištěn její pohon (zátěž). Je zjišťována hlučnost všech převodových režimů (v tahu i při brzdění motorem) včetně zpětného chodu. Výsledky jsou vyhodnoceny pomocí řádové analýzy, kterou je možné vizuálně sledovat při každém měření na displeji ovládacího panelu.

V případě, že software hlukového stavu vyhodnotí převodovku jako špatnou z hlediska vibrací, je měření opakováno. Pokud ani podruhé nejsou hodnoty v normě, provede pracovník příslušné úkony pro jeho separaci od ostatních. Výsledkem měření hlukového zabíhacího stavu je frekvenční spektrum.

Ve spektru (obr. 3)  je identifikovatelná zubová frekvence stálého převodu (1 413 Hz; 0,17 g) a její výrazná druhá harmonická složka (2 825 Hz; 2,2 g), vznik kolem 2 HS modulace fm = 43 Hz, tj. počet zubů hnaného kola (Schaltrad) páté rychlosti. Ve spektru je také identifikovatelná výrazná zubová frekvence páté rychlosti (3 375 Hz; 3,89 g) a kolem ní vznik modulace fm = 75 Hz, tj. počet zubů hnaného kola (talíře) stálého převodu.

Poslední fází zkoušení hlučnosti je montáž převodovky přímo do automobilu, kde se namátkově, popř. na vyžádání, provádějí jízdní zkoušky.

Pravidelné jízdní zkoušky se vykonávají na sériových automobilech, které jsou odebrány přímo z montážní linky. Takto jsou zkoušeny všechny vozy a testuje se kompletní funkčnost automobilu na speciálním testovacím polygonu uvnitř automobilky.

Kromě těchto standardních jízdních zkoušek jsou také prováděny specializované zkoušky určené přímo k analýze a optimalizaci akustického projevu převodového ústrojí. Během jízdní zkoušky se subjektivně a objektivně hodnotí hlučnost převodového ústrojí.

Speciální náhlavní souprava (sluchátka) slouží pro analýzu akustického projevu v oblasti hlavy řidiče. Sluchátka má řidič při testovací jízdě na uších, a to proto, že mikrofony jsou umístěny místo reproduktorů přímo ve sluchátkách, aby byly co nejblíže sluchovým orgánům a nejlépe tak reprezentovaly sluchové vnímání řidiče. Výstupem z mikrofonů jsou hodnoty akustického tlaku (dB/Pa).

Výsledkem jízdních zkoušek je subjektivní známkování testovacího řidiče – každý převod zvlášť a v obou režimech provozu, tj. jak v tahu, tak nazpět. Objektivním výsledkem měření z jízdních zkoušek je tzv. Cambellův diagram (obr. 6). Na ose X jsou vyneseny otáčky motoru a na ose Y řády. Složky spektra vibrací jsou přesnými násobky frekvence otáčení. Řád je v tomto smyslu vybuzená frekvenční složka signálu, jejíž frekvence otáček je určitým fixním násobkem vratných pohybů, v tomto případě počtu zubů hnacího kola u daného převodu. Osa Z je zde kolmo k rovině XY a znázorňuje hladinu akustického tlaku, která je rozdělena dle barevného spektra.

Jízdní zkoušky byly provedeny dle výše uvedených informací. První akustický spektrogram z mikrofonů (obr. 7) ukazuje „peak“ na 14. řádu (Ord), což je první harmonická frekvence patřící 1°, protože hnací ozubení má 14 zubů. Zvýšený hluk se projevuje nejvíce v rozmezí 2500–1800 min-1, kde je projev slyšitelný pro posádku vozu v interiéru. Hodnoty v diagramu reprezentují akustický tlak (Pa).Druhý spektrogram ze snímače zrychlení (obr. 9) ukazuje špičkovou hodnotu na první (14 ord) a druhé (28 ord) harmonické frekvenci, třetí (42 ord) je také na spektrogramu viditelná. Dále je možné pozorovat interharmonickou frekvenci 21. řádu, která má ale výrazně menší amplitudu než první a druhá.

Konkrétní hodnoty zrychlení (g) v první a druhé harmonické frekvenci jsou zvýrazněny na řezu spektrogramem (obr. 10) při otáčkách 2 590 min-1.

Závěr

Jízdní komfort je jedna z problematik řešených při vývoji v oblasti automobilového průmyslu. Jízdní zkoušky jsou hodnoceny pomocí experimentálních zkoušek, které se dělí na jízdní a laboratorní. Každý automobil by měl být testován v takových podmínkách, pro které je určen. Osobní automobil by tedy měl být testován především na asfaltovém povrchu, po kterém jezdí nejčastěji. Výsledky jízdních zkoušek lépe odrážejí reálný provoz vozidla a dopad hluku převodovky na posádku automobilu, což je z pohledu zákazníka významný aspekt. Důležité také je, že během jízdní zkoušky je možné zatížit převodovku plným krouticím momentem od spalovacího motoru, na rozdíl od hlukového stavu, kde je tato možnost omezena použitými elektromotory (sériová zkouška se provádí max. při 40 Nm).

Literatura

[1]   Tomeh, E.: Technická diagnostika: vibrační diagnostika strojů a zařízení. Skripta TU v Liberci 2015.

[2]   Tomeh, E.: Hlučnost a vibrace automobilových převodovek v souvislosti s identifikovanými závadami obráběcích strojů. Habilitační práce TU v Liberci 2008.

[3]   Tomeh, E.: Possibilities for Reducing Car Gearbox Vibration and Noise. In.: Advances in Mechanism Design II - Proceedings of the XII International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms. Technická univerzita v Liberci 2016. ISBN: 978-3-319-44086-6.

[4]   Tomeh, E.: Diagnostic Methodlogy of Rolling Element and Journal Bearings. Textbook TU in Liberec 2007.

[5]   Moravec, V.: Konstrukce strojů a zařízení II., Montanex a.s. 2001.

[6]   Oudrnický, T.: Konstrukční úprava převodovky pro snížení hlučnosti. Diplomová práce TU v Liberci 2016.

Informace o autorovi:

doc. Dr. Ing. Elias Tomeh
Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, katedra vozidel a motorů
Studentská 2, 460 17 Liberec 1
tel.: +420 485 353 439, fax: +420 485 353 139, e-mail: elias.tomeh@tul.cz

Recenzent: Ing. Křepela Jan, Ph.D., Wikov MGI, a. s., Hronov; osoba certifikovaná na funkci Specialista vibrační diagnostiky – Kategorie IV

Autor: DOC. DR. ING. Elias TOMEH, Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Konference kvality 2020
2020-10-22 - 2020-10-22
Místo: Praha
Bezpečnost v průmyslu
2020-11-04 - 2020-11-04
Místo: Brno
EX prostředí 2020
2020-11-05 - 2020-11-05
Místo: Brno
Fórum údržby 2020
2020-12-01 - 2020-12-01
Místo: Praha

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Vyskočilova 1561/4a
14000 Praha 4
tel. +420739552216

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2020 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI