Rung và ồn trên ô tô

MÔN HỌC CAO HỌC RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 11 - 2015 GV: TS. Nguyễn Thanh Quang air-bornestructur e-borne structur e-borne 1 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ ỒN RUNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Các khái niệm về rung động và tiếng ồn trên xe 1.2 Đặc tính của rung động và tiếng ồn trên xe 1.3 Khái niệm về đường truyền Chương 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.1 Phương trình tổng quát nghiêncứu rung ồn trên ô tô 2.2 Nguồn gây ồn rung 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.1 Dao động điều hòa 2.3.2 Dao động của hệ một bậc tự do 2.3.3 Dao động của hệ nhiều bậc tự do 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh 2.4.2 Các nguồn phát xạ âm 2.4.3 Sự truyền âm 2.4.4 Hệ số hấp thu âm 2.4.5 Đặc trưng âm trong khoang kín Chương 3 RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ 3.1 Các khái niệm 3.2 Rung và ồn từ động cơ 3.2.1 Lý thuyết xác định lực kích thích từ chân máy 3.2.2 Đo xác định lực kích thích từ chân máy 3.2.3 Nguồn rung ồn từ động cơ 3.3 Rung ồn từ hệ thống nạp 3.4 Rung ồn từ hệ thống xả 3.5 Các nguồn gây rung ồn hệ thống truyền lực (HTTL) NỘI DUNG Chương 4 RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE 4.1 Phân tích cấu trúc thân vỏ xe 4.2 Xây dựng mô hình toán thân vỏ xe Chương 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ 5.1 Cơ sở của quá trình đo 5.2 Nguyên lý đo 5.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý đo 5.4 Phân tích số liệu đo Chương 6 CÁC GIẢI PHÁP GIẢM RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ 6.1 Giải pháp chủ động 6.2 Giải pháp thụ động 6.3 Cơ sở khoa học của một số biện pháp chính giảm ồn rung trên xe TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.1 Các khái niệm về rung động và tiếng ồn trên xe Khi động cơ làm việc, ô tô chạy trên đường, các chi tiết của ô tô sẽ bị rung động và gây ra tiếng ồn. Tiếng ồn ô tô gây ảnh hưởng không tốt cho cả người trong xe và môi trường bên ngoài xe. Tác hại của tiếng ồn + Đối với cơ quan thính giác và thính lực Khi chịu tác dụng của tiếng ồn lặp lại nhiều lần, thính giác và thính lực không còn khả năng phục hồi hoàn toàn về trạng thái bình thường được và sẽ gây ra thoái hóa và dần dần sẽ phát triển thành những biến đổi có tính chất bệnh lý gây về cơ quan thính giác (gây ra bệnh điếc nghề nghiệp) và thính lực (không có cảm giác về mùi vị). + Đối với hệ thần kinh trung ương Tiếng ồn cường độ trung bình và cao gây kích thích mạnh đến hệ thần kinh trung ương gây đau đầu, chóng mặt, cảm giác sợ hãi, hay bực tức, trạng thái tâm thần không ổn định, trí nhớ giảm sút... + Đối với hệ thống chức năng khác của cơ thể Ảnh hưởng xấu đến hệ thống tim mạch, gây rối loạn nhịp tim. Làm giảm bớt sự tiết dịch vị, ảnh hưởng đến co bóp bình thường của dạ dày. Làm cho hệ thống thần kinh bị căng thẳng liên tục có thể gây ra bệnh cao huyết áp. Tác hại của rung động Khi cường độ rung động lớn và thời gian tác dụng lâu sẽ gây khó chịu cho cơ thể. Những rung động có tần số thấp nhưng biên độ lớn thường gây ra sự lắc xóc cơ thể gây ra mệt mỏi nhanh chóng và gây ra những tác hại cho sức khỏe con người. Rung động lâu ngày gây nên các bệnh đâu xương khớp, làm viêm các hệ thống xương khớp. Đối với phụ nữ, nếu làm việc trong điều kiện bị rung động nhiều sẽ gây bệnh dẫn đến tình trạng vô sinh. 3 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.1 Các khái niệm về rung động và tiếng ồn trên xe Chia tác hại của tiếng ồn làm 4 mức độ [45], [46]: - Độ 1: Nguy hiểm, mất khả năng giao tiếp, điếc vĩnh viễn. - Độ 2: Gây rối loạn chức năng và gây bệnh (stress, điếc có thể hồi phục). - Độ 3: ảnh hưởng đến khả năng lao động (stress, giảm kỹ năng thao tác và giao tiếp, mất ngủ). - Độ 4: ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống (mất sự yên tĩnh cá nhân, cản trở sự giao tiếp, giảm thính lực). 4 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.1 Các khái niệm về rung động và tiếng ồn trên xe Ngưỡng nghe của con người theo tần số và mức áp suất âm5 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.1 Các khái niệm về rung động và tiếng ồn của xe Ồn ngoài: Một phần năng lượng tiếng ồn từ ô tô phát ra môi trường xung quanh (exterior noise). Tiếng ồn ngoài của ô tô là nguyên nhân chủ yếu của tiếng ồn giao thông tại các đô thị và các vùng lân cận. Ồn trong: Một phần năng lượng tiếng ồn được truyền vào không gian bên trong xe khi không gian này được đóng kín (interior noise). Ồn trong là tổng hợp của rất nhiều nguồn ồn và rung động, qua các đường truyền khác nhau tạo ra sự biến thiên áp suất không khí, gây tiếng ồn trong khoang xe. Hai khái niệm về rung động và tiếng ồn của xe 6 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.2 Đặc tính của rung động và tiếng ồn trên xe Khác Rung ồn xe Ô tô Rung độngĐộ ồn Tiếng động Lốp Ồn trong Ồn ngoài Từ hành khách Động cơ Bánh xe HT treo ô tô Gió Khác Khung vỏ Kiểu dáng Cộng hưởng Chân máy Động cơ Lắp đặt HHTL Sơ đồ đặc tính của rung động và tiếng ồn trên xe 7 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ Đặc tính ồn rung và đường truyền 1.2 Đặc tính của rung động và tiếng ồn trên xe 8 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 1.3 Khái niệm về đường truyền rung động và tiếng ồn của xe Hai đường truyền gây ra ồn trong: - Theo đường không khí (air-borne): Tiếng ồn truyền trực tiếp từ các nguồn phát tiếng ồn vào không khí. - Theo đường truyền cơ - âm học (structure-borne): Do kích thích từ rất nhiều nguồn làm các tấm vỏ xe sẽ liên tục rung động, phát tiếng ồn. [31], [62] Hai phương pháp phân tích: - PP trực tiếp: Thí nghiệm - PP gián tiếp: Phân tích đường truyền 9 2.1 Phương trình tổng quát nghiên cứu rung ồn trên xe Thu nhận Nguồn rung ồn • Ồn • Rung = X Động lực học = X Lực kích động = X Tình trạng xấu Các tải trọng: • Cấu trúc • Âm thanh Đặc tính hệ thống • Cấu trúc • Âm thanh ! {Y} = [H] {F} Đo được Đường truyền - Phân tích - Đo được 1) Nguồn ồn rung Các nguồn ồn rung đều do các kích thích gây ra. 3) Thu nhận Con người cảm nhận được hai đặc trưng là “rung” và “ồn”. 2) Sự lan truyền Ồn rung được lan truyền trong môi trường truyền ngay trong bản thân cấu trúc xe và môi trường không khí trong khoang xe. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 10 2.1 Phương trình tổng quát nghiên cứu rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ {Y} - Rung động: − Dao động điều hòa − Dao động của hệ 1 bậc tự do − Dao động của hệ nhiều bậc tự do {Y} - Ồn: − Sóng âm: Tần số, biên độ, chu kỳ vận tốc truyền − Mức áp âm (dB) − Công suất âm (W) 11 2.1 Phương trình tổng quát nghiên cứu rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ {H} – Hàm truyền: − Rung động truyền trong cấu trúc xe? − Sự tổn hao công suất của âm truyền trong không khí? 12 2.1 Phương trình tổng quát nghiên cứu rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ {F} – Lực kích thích: − Có bao nhiêu nguồn gây rung động? Ở đâu? − Có bao nhiêu nguồn gây ồn? Ở đâu? 13 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ Những bộ phận nào gây ra rung ồn trên ô tô? 14 Theo thống kê chi tiết, có 17 nguồn chính gây ra ồn rung trên xe: (1) Khu vực cánh quạt làm mát động cơ; (2) Hệ thống nạp của động cơ; (3) Động cơ; (4) Hệ thống ly hợp; (5) Hộp số; (6) Trục các đăng; (7) Hệ thống ống xả; (8) Cụm cầu sau; (9) Bánh xe dự phòng (hệ thống phụ trợ); (10) Hệ thống phanh; (11) Hệ thống lái; (12) Hệ thống thùng dầu; (13) Hệ thống bánh xe sau; (14) Hệ thống treo; (15) Tiếng ồn khí động (Không khí đập vào kính trước, kính cạnh, thân vỏ xe làm rung động thân vỏ xe gây ồn; Luồng khí khí rối phía sau làm biến thiên áp suất và gây ra rung vỏ xe và tạo nên tiếng ồn); (16) Tiếng ồn do lắp ghép (Mối ghép giữa các cụm tổng thành, các chi tiết cơ khí, cao su; Kính trước xe, kính hai bên sườn xe, ghế ngồi); (17) Tiếng ồn từ nguồn khác: Máy phát điện, bơm trợ lực lái, điều hoà không khí, hành khách nói chuyện trong khoang xe. Theo thống kê tổng quát, các nguồn ồn rung trên ô tô được tập hợp thành 4 nhóm tổng quát gồm: (1) Nguồn ồn rung từ động cơ và các cụm thuộc động cơ; (2) Nguồn ồn rung từ khu vực hệ thống truyền lực và khung gầm; (3) Nguồn ồn rung từ bánh xe; (4) Nguồn ồn rung khí động học. Có bao nhiêu nguồn gây ra rung ồn trên ô tô? 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 15 * Tiếng ồn từ động cơ: 1- Tiếng ồn do quá trình cháy: Do áp suất khí cháy biến thiên trong xy lanh (sóng nổ) truyền vào khoang hành xe. 2- Tiếng ồn cơ khí từ động cơ: Tiếng gõ pít tông, con đội, đóng mở xu páp, sự chuyển động dồn dập của xu páp với lò xo xu páp; cơ cấu dẫn động xu páp (xích cam, bánh răng), bạc trục khuỷu mòn. 3- Tiếng ồn hệ thống nạp: Phát sinh chủ yếu khi dòng khí nạp đi qua các cửa nạp, phụ thuộc vào cấu tạo bộ lọc gió, đường kính và chiều dài ống nạp. 4- Tiếng ồn xả: Tiếng ồn xả chiếm phần lớn tiếng ồn động cơ. Khí xả từ động cơ có áp suất vào khoảng 294490 kPa, làm cho không khí giãn nở tức thời và gây ra những tiếng nổ lớn [17]. 5- Tiếng ồn quạt: Do các cánh quạt cắt không khí hoặc do xoáy không khí sinh ra phía sau các cánh quạt của hệ thống làm mát nước, máy phát điện, của hệ thống điều hoà không khí. (1) Động cơ và các hệ thống nạp, thải * Rung động từ động cơ: 1- Dao động của mô men xoắn: Do quá trình cháy trong xi lanh động cơ xảy ra trong mỗi xy lanh sau 1/4 hoặc 1/2 chu trình làm việc của động cơ, sinh ra dao động của mô men xoắn. 2- Sự mất cân bằng của động cơ: Các lực và mô men của lực quán tính của tính chuyển động tính tiến và chuyển động quay chưa được cân bằng và lực ngang N gây ra mô men lật động cơ. 3- Do tính chất xung: của quá trình nạp, thải khí của động cơ tạo ra rung động. 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 16 (2) Hệ thống truyền lực Rung động và tiếng ồn từ hệ thống truyền lực do: 1- Mất cân bằng của kết cấu ly hợp sinh ra rung động 2- Do quá trình ăn khớp bánh răng ở hộp số, mà chủ yếu hệ số trùng khớp của bánh răng thấp (hệ số trùng khớp xác định bằng số lượng các răng ăn khớp động thời), do ma sát ổ bi hộp số, v.v 3- Do sự không cân bằng (tĩnh và động) của trục các đăng và các bán trục; do sai lệch góc khớp các đăng; do độ đảo lớn của bề mặt mặt bích nối các đăng v.v 4- Do khe hở ăn khớp của vi sai bộ truyền lực chính không đúng gây ra va đập, rung động và tiếng ồn. 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 17 (3) Tiếng ồn từ lốp xe [17] 1- Sự đồng đều của lốp: + Mất đồng đều về phân bố khối lượng, sinh ra mất cân bằng bánh xe (cả tĩnh và động). Cân bằng bánh xe là cân bằng của cụm bánh xe gồm vành xe có gắn lốp. + Mất đồng đều về kích thước, còn gọi là độ đảo của lốp và bánh xe, bao gồm cả độ đảo hướng kính và độ đảo mặt đầu bánh xe. + Mất đồng đều về độ cứng: Khi lốp xe chịu tải trọng, nó biến dạng và hoạt động giống như một lò xo. Bề mặt lốp, cạnh lốp, lớp bố, lớp đai và các vật liệu khác cấu tạo nên lốp bị nén không đều quanh chu vi lốp nên độ cứng của lốp không đều. Kết quả là khi quay, lốp chịu một dao động khó nhận thấy theo phương biến dạng. Dao động của lốp thay đổi có chu kỳ theo lực tác dụng từ mặt đường. Lực này gồm 3 thành phần: lực hướng kính - lực thẳng đứng từ mặt đường hướng vào tâm lốp (song song với bán kính lốp); lực nằm ngang - lực tác dụng song song với trục bánh xe; và lực kéo - lực nằm ngang tác dụng song song với hướng chuyển động của lốp. 2- Tiếng ồn hoa lốp: (còn gọi là tiếng ồn do tương tác giữa lốp với mặt đường): thường dễ nhận thấy ở những xe có hoa lốp kiểu vấu hay kiểu khối, khi xe chạy tốc độ cao trên mặt đường nền cứng như nhựa, bê tông. Nguyên nhân là do hiệu ứng bơm khí của hoa lốp. Khi lốp lăn trên mặt đường, không khí bị kẹp trong các rãnh của hoa lốp và bị nén khi các phần hoa lốp đó tiếp xúc với mặt đường. Khi lốp lăn, không khí nén sau đó được giải phóng khỏi các rãnh trên mặt lốp và giãn nở tạo ra tiếng ồn. 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 18 (4) Tiếng ồn khí động Tiếng ồn sinh ra do tương tác giữa luồng không khí với các bề mặt bên ngoài của vỏ xe. Khi luồng khí đi qua các phần lồi lõm trên mặt vỏ xe sẽ sinh ra khí rối phía sau chúng, biến thiên áp suất của khí rối làm rung vỏ xe và tạo ra tiếng ồn [31]. Tiếng ồn khí động có thể xẩy ra ở bất kỳ vùng nào của vỏ xe. Bốn vùng chính có ảnh hưởng nhiều nhất đến tiếng ồn trong khoang ca bin: kính trước, nóc xe, kính sau và hai bên sườn xe [17]. (5) Tiếng ồn cơ cấu phụ trợ [17] Tiếng ồn do sự hoạt động của các thiết bị phụ trợ phát ra khi chúng làm việc. Các thiết bị phụ trợ: máy phát điện, bơm trợ lực lái, điều hoà không khí, v.v Các vùng của vỏ xe ảnh hưởng nhiều từ tiếng ồn khí động. 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 19 (6) Tiếng ồn do rung động vỏ xe Khi ô tô hoạt động sẽ liên tục nhận được kích thích gây rung động từ động cơ, hệ thống truyền lực, lốp xe, mấp mô mặt đường, v.v Những kích động này truyền qua các liên kết khớp nối, hệ thống treo đến khung vỏ xe gây nên rung động và các tải trọng uốn, xoắn và tải quán tính. Rung động của vỏ xe đến mức độ nhất định (về biên độ, tần số) sẽ phát tiếng ồn vào khoang xe (đường truyền cơ - âm học). Khi tần số kích thích trùng với tần số riêng của vỏ xe, biên độ rung động tăng lên bất thường làm cho mức độ ồn rung sẽ tăng cao. Điều này rất dễ xẩy ra trong quá trình vận hành của ô tô vì khung vỏ ô tô là một cấu trúc phức tạp gồm nhiều tấm, mảng có nhiều tần số riêng, đồng thời dải tần số của các nguồn kích thích làm rung vỏ xe rất rộng [31]. Tiếng ồn do rung của vỏ xe, vì thế liên quan chặt chẽ với cấu trúc của vỏ và kích thích rung động mà nó nhận được. 2.2 Nguồn gây rung ồn trên xe CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 20 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ Nhận xét 1. Rung động và tiếng ồn là hiện tượng phức tạp, có hàng trăm loại rung động khác nhau trên xe. 2. Cường độ rung và ồn trên xe tỷ lệ thuận với vận tốc quay của động cơ hoặc vân tốc xe chạy. 3. Rung động và ồn trên xe khác nhau sẽ khác nhau và các nguồn rung động có phạm vi tần số khác nhau. 4. Sử dụng phương pháp số để mô hình hóa các rung động và ồn trên xe, thông thường là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), phương pháp phần tử biên (BEM), PP phân tích thống kê năng lượng (SEA), phân tích đường truyền (TPA). 5. Việc đánh giá rung động xe và ồn cần được tiến hành cả khách quan và chủ quan. Các nguồn rung ồn bình thường (động cơ, HTTL) và nguồn bất thường như cửa đóng không chặt 6. Có thể sử dụng công nghệ hiện đại để giảm rung và tiếng ồn trong xe: Cách âm và sử dụng vật liệu hấp thụ âm, tăng cứng cho các tấm panel sườn xe, sàn, nóc xe. 21 Cường độ âm thanh của các nguồn kích thích Kích thích lực Nguồn phát tiếng ồn Cường độ âm thanh ở vị trí đầu người ngồi Sóng âm thanh trong vỏ xe; cộng hưởng âm thanh Tiếng ồn xuyên tấm ngăn, vách ngăn vỏ xe Sự hấp thụ của các tấm, vách ngăn Phát xạ của các tấm vỏ xe, Phản xạ âm thanh của tấm vỏ Rung động của vỏ xe, cộng hưởng kết cấu 1 2 n I II N CHƯƠNG 2 CƠ SỞ CỦA RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ Nhận xét 22 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.1 Dao động điều hòa Là hàm điều hòa Dao động được mô tả về mặt toán học bởi các hàm điều hòa được gọi là dao động điều hòa Hệ một bậc tự do dao động điều hòa 23 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động Hình - Hệ một bậc tự do 2.3.2 Dao động của hệ một bậc tự do 1. Phương trình dao động )(tFkxxcxm   2. Hệ dao động tự do khi F(t) = 0 )cos(   tXx n 3. Khi F(t) = 0 và c = 0 ta có phương trình dao động điều hòa Trong đó X và  là các hằng số được xác định theo điều kiện đầu t = 0 và n tần số dao động tự do của hệ thống: Nghĩa là hệ thống dao động với tần số trên và biên độ là X s s n m k  24 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.2 Dao động của hệ một bậc tự do mkcc c 2 cc c  4. Ở trạng thái giới hạn: Hệ số tắt chấn: Hệ số này thể hiện 3 trạng thái:  <1 - tắt chấn dưới giới hạn  <1 - tắt chấn giới hạn  >1 - tắt chấn trên giới hạn. 25 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.2 Dao động của hệ một bậc tự do Vẽ đồ thị với các giá trị khác nhau của hệ số tắt chấn ta được các đường đặc tính như hình vẽ 10. D đạt cực đại gần vùng cộng hưởng, khi  = n. D chịu ảnh hưởng mạnh của hệ số tắt chấn trong vùng  ≈ n 26 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.3 Dao động của hệ nhiều bậc tự do Phương trình vi phân tổng quát dạng ma trận mô tả dao động của hệ nhiều bậc tự do có dạng:           aFuKuCuM    M  C  K  u  u  aF - ma trận khối lượng; - ma trận cản; - ma trận độ cứng, là các ma trận vuông cấp n có các phần tử là hằng số; - véc tơ gia tốc nút; - véc tơ vận tốc nút; - véc tơ tải, là hàm biến thiên theo thời gian. 27 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.3 Dao động của hệ nhiều bậc tự do Hình - Sơ đồ dao động ¼ ô tô Mô tả sơ đồ đao động ¼ của ô tô, phương trình vi phân mô tả chuyển động của các khối lượng trên sơ đồ có dạng: 22121 121211 )()( )()()( ymyycyyk ymyycyykyyk ss usot     Viết dưới dạng ma trận: Dạng tổng quát: M- ma trận khối lượng; C- ma trận cản nhớt; K- ma trận độ cứng. => Về dạng tổng quát của hệ dao động nhiều bậc tự do 28 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.3 Cơ sở của rung động 2.3.3 Dao động của hệ nhiều bậc tự do       0 uKuM  Bỏ qua yếu tố dập tắt dao động (cản nhớt) ta có dao động tự do )sin(.   tauNghiệm riêng: a : véc tơ biên độ của dao động, là dạng riêng;  : tần số góc;  : độ lệch pha 29 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh (ồn) Âm thanh có thể được mô tả như sự lan truyền một nhiễu loạn trong môi trường vật lý. Âm thanh được nhận biết bằng tai người như các thành phần sóng áp suất được cộng thêm vào áp suất không khí tại nơi người nghe. Áp suất âm là sự biến thiên áp suất không khí so với áp suất khí quyển của môi trường bao quanh. Những thuộc tính của sóng âm Những thuộc tính của sóng âm được miêu tả trên cơ sở những đặc tính của thuần âm (pure tone). Thuần âm là sóng âm hình sin có biên độ và tần số xác định, vận tốc truyền âm trong không khí được xác định bởi các thông số nhiệt độ và áp suất của không khí. Giả thiết có nguồn âm hình cầu đàn hồi như trên hình bên. Khi quả cầu giãn ra, các phân tử khí bị nén, khi quả cầu co lại làm các phần tử khí giãn ra làm phát sinh sóng âm với tần số f. Nguồn âm hình cầu dao động với tần số f Biểu đồ áp suất-thời gian của các phân tử khí 30 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh (ồn) - Tần số f là số lần lặp lại một dao động đầy đủ trong một giây của một phân tử dao động. Đơn vị tần số là héc (Hz). Tai người có thể nghe được những âm thanh trong giải tần số từ 20Hz đến 16.000 Hz và nhạy cảm nhất với âm thanh có tần số khoảng 3.000Hz. - Chu kỳ T của một sóng sin là khoảng thời gian cần thiết để lặp lại một dao động đầy đủ. Quan hệ của chu kỳ T(s) với tần số f : f T 1  - Bước sóng λ (m) là quãng đường sóng truyền được sau một chu kỳ: cT f c    opc  γ = Tỉ nhiệt. Đối với không khí, γ=1,4 P0 = Áp suất môi trường hay áp suất cân bằng  = Mật độ môi trường hay mật độ cân bằng. - Vận tốc truyền sóng c (m/s): Giả thiết không khí là lý tưởng, quan hệ giữa vận tốc c với nhiệt độ Kelvin TK: KTc 05,20 )](2,273[ CelsiusT oK  31 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh (ồn) Áp suất âm và công suất âm: đo bằng mức đề-xi-ben (dB) - là tỷ lệ lô-ga-rít trên các thang đo. Đề-xi-ben là lô-ga-rít cơ số mười của tỷ số giữa đại lượng đo được và một đại lượng quy chiếu được chọn tùy ý. Mức dB dB W W        0 log10 W = công suất đo được W0 = công suất quy chiếu Mức công suất âm là mức công suất của một nguồn âm đo được so với đại lượng quy chiếu quốc tế bằng 10-12 W dB W W L re w        log10 W = công suất âm đo được Wre = 10 -12 W (quy chiếu) Ta có thể tính công suất âm tuyệt đối từ mức công suất bằng cách giải tìm W 10 10 wLreWW  32 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh (ồn) Nguồn âm Công suất (W) Mức công suất (dB quy chiếu với 10-12 W) Lời thì thầm 10-7 50 Lời nói đàm thoại 10-5 70 Lời nói gào thét 10-3 90 Máy ghi âm (mở to) 10-2 100 Còi xe tải 10-1 110 Động cơ máy bay cánh quạt 1 120 Đàn ống nhà thờ (Organ) 10 130 Máy bay bốn cánh quạt 100 140 Tên lửa Saturn 30x106 195 Bảng công suất âm và mức công suất âm của một số nguồn âm 33 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh (ồn) Mức áp suất âm: Lp(dB) p = giá trị áp suất trung bình bình phương (RMS) đo được. pre = giá trị quy chiếu quốc tế = 20x10-6 Pa (0,0002µbar). pre được chọn do nó là mức áp suất nhỏ nhất của một âm có tần số 1000Hz mà tai người ở độ tuổi trưởng thành có khả năng cảm nhận được. - Lưu ý: mức áp suất âm tỷ lệ lô-ga-rít với bình phương áp suất, bình phương áp suất tỷ lệ với một số công suất âm  Mức công suất âm và mức áp suất âm tỷ lệ bình phương với nhau.  Để khử các tạp âm có biên độ ngẫu nhiên cần thực hiện các phép toán cộng, trừ các mức áp suất âm.                rere p p p p p dBL log20log10)( 2 2 34 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.2 Các nguồn phát xạ âm a) Phát xạ âm từ nguồn điểm Phát xạ âm từ các nguồn điểm 35 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn b) Phát xạ âm từ tấm rung 2.4.2 Các nguồn phát xạ âm 36 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn a) Sự truyền âm qua vách kín [46] 2.4.3 Sự truyền âm Hình Truyền âm qua vách kín Sóng dội, Pd (W) Sóng truyền qua, Pt (W)Ph¶n x¹ TruyÒn qua HÊp thô - Hệ số truyền âm của vách  [62] dt PP Khi sóng âm dội vào một vách kín (Sóng dội Pd (W)) phản xạ lại một phần, hấp thụ một phần, phần còn lại của năng lượng âm làm rung vách ngăn và phát tiếng ồn ra mặt sau của vách (Sóng truyền qua Pt (W)). d t P P R log10 1 log10   - Độ cách âm của vách R(dB) 37 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn b) Sự truyền âm qua lỗ trên vách 2.4.3 Sự truyền âm Hình Truyền âm qua lỗ trên vách (xảy ra hiện tượng Khuyếch tán âm) - Kích thước lỗ b nhỏ so với bước sóng: Sau khi qua lỗ, âm được phát đi mọi hướng giống hệt như nguồn âm đã sinh ra nó [51]. Có thể bỏ qua tổn hao âm trong khoảng giữa hai lớp vỏ và coi nguồn âm là do rung của lớp vỏ bên trong tạo ra [62]. - Kích thước lỗ lớn hơn bước sóng thì âm truyền qua lỗ có sự thay đổi không đáng kể, có thể bỏ qua ảnh hưởng của sự khuếch tán qua lỗ. 38 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.4 Hệ số hấp thụ âm + Khả năng hấp thụ âm là tính chất của vật liệu. + Các vật liệu có khả năng hấp thụ âm cao: - Có cấu tạo xốp (có các khe hở không khí) - Có cấu tạo từ các loại sợi. + Khi sóng âm đập tới bề mặt vật liệu làm cho không khí có trong các khe hở dao động, do có ma sát nên sinh ra nhiệt và dao động tắt dần => Trong vật liệu, năng lượng sóng âm biến thành nhiệt. Hệ số hấp thụ âm () là tỷ số giữa năng lượng sóng âm bị hấp thụ và năng lượng sóng âm tới, [13]. toihapthu EE Khi sóng tới hợp với pháp tuyến của mặt tấm một góc : cZ cZ 0 0 cos. cos. 1       Z – là trở kháng cơ của tấm ngăn (N.s/m) 39 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.4 Hệ số hấp thụ âm Loại vật liệu Chiều dày, (mm) Hệ số hấp thụ âm  (%) ở tần số (Hz) 128 256 512 1024 2048 4096 Sợi, thuỷ tinh hoặc bông thuỷ tinh trên thành cứng 4 11 30 60 80 92 94 Như trên nhưng có lớp xen giữa là không khí dày 30 mm 4-30-4 25 60 85 100 100 100 Mipôra trên thành cứng 6 12 29 55 67 82 85 Phớt trên thành cứng 5 9 12 18 30 55 59 Cao su, Nỉ (thảm đặt sàn) 5 4 14 18 29 52 59 Tấm sơ đay 20 5 40 60 66 70 87 Bảng hệ số hấp thụ âm của một số loại vật liệu [13], [61] 40 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.5 Đặc trưng âm trong khoang kín Bài toán ồn rung trong ca bin ô tô được xem xét tương tự như tính toán áp suất âm trong khoang kín, tường mềm (tường mềm với ý nghĩa là có tồn tại khả năng rung động đàn hồi) từ các nguồn kích thích bên ngoài lên tường (vỏ) khoang. Trước khi xem xét đến các trường hợp hình dạng khoang kín có hình dạng phức tạp như ở ca bin ô tô, cần làm rõ đặc trưng âm thanh trong các khoang kín. Âm thanh trong các không gian kín có những đặc trưng khác biệt so với các trường hợp nguồn âm thanh không bị giới hạn về thể tích, vì các ảnh hưởng của kích thước khoang, hình dạng khoang và của các bề mặt khuyếch tán, phản xạ và hấp thụ âm, [48]. âm thanh trong khoang kín nhỏ với các mặt trở kháng tạo ra bởi mô hình pít tông rung động tường mềm z  tw - trở kháng âm thanh của tường; A - diện tích trở kháng âm của tường; - tốc độ pít tông; S - diện tích đáy pít tông. 41 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 2.4 Cơ sở của ồn 2.4.5 Đặc trưng âm trong khoang kín )cos(ˆ)(   tptp Ở trạng thái ổn định, áp suất âm như nhau trong những khoang kín:      2122 2 0 22 ˆ riV Qc p      N/m2 r i    2 2 tan 1    rad V: thể tích khoang kín )cos(ˆ)(   tQtQ : lưu tốc khối (tốc độ thể tích) của nguồn tiếng ồn có tác dụng tại tần số kích thích  2f Qˆ : Biên độ, : pha ir i  Hệ số cản phức 42 CHƯƠNG 3: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ 3.1 Các khái niệm Hệ thống khung gầm của ô tô Hệ thống khung gầm ô tô: (1) Khu vực cánh quạt làm mát động cơ; (2) Hệ thống nạp của động cơ; (3) Động cơ; (4) Hệ thống ly hợp; (5) Hộp số; (6) Trục các đăng; (7) Hệ thống ống xả; (8) Cụm cầu sau; (9) Bánh xe dự phòng (hệ thống phụ trợ); (10) Hệ thống phanh; (11) Hệ thống lái; (12) Hệ thống thùng dầu; (13) Hệ thống bánh xe sau; (14) Hệ thống treo; 43 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ 3.2 Rung ồn từ động cơ Mô hình động học dao động của động cơ Trong quá trình làm việc cả khi ô tô dừng cũng như khi ô tô chuyển động trên đường, luôn chịu các yếu tố kích thích phát sinh từ bản thân của động cơ, từ ô tô và cả sự mấp mô của mặt đường, nên quá trình dao động của động cơ luôn luôn là quá trình dao động cưỡng bức. áp dụng phương trình Lagrang loại 2, có thể xây dựng được hệ thống các phương trình mô tả dao động cưỡng bức của động cơ ở dạng tổng quát. ( )Mq Bq Aq Q t    M là ma trận cột biểu thị hệ số của các đạo hàm bậc 2 của các toạ độ tổng quát B là ma trận các hệ số cản giảm chấn của hệ treo động cơ A là ma trận độ cứng của hệ treo động cơ , ma trận cấp 6 Q(t) là ma trận các yếu tố kích thích dao động q là toạ độ tổng quát, cụ thể là các đại lượng chuyển vị thẳng và góc của động cơ theo số bậc tự do, q=(u,v,w,,,) Lực kích thích dao động Qz(t) do lực khí thể gây ra 01 03 01 02 01 04( ) sin 2 cos 2 sin 3 ( )sin sin 4z dcQ t G P t P t P t P P t P t             2 2 01 02 03 1 ; 2 1 ( 1); 4 1 ( 1); 4 A e e P fR m P fRP k k P fRP k k                3.2.1 Lý thuyết xác định lực kích động từ chân máy 44 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ 3.2 Rung ồn từ động cơ 3.2.2 Đo xác định lực kích thích từ chân máy          ts XXKF   : tần số rung động. K : Ma trận độ cứng của chân máy. Xt : Ma trận hàm dịch chyển phía trên chân máy (lắp với động cơ) XS : Ma trận hàm dịch chyển phía dưới chân máy (lắp với khung sát xi). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 t (s) F 1 ( N ) LUC F1 130 6 5 4 7 Bu lông M12 M12 Cao su Thép lá Cấu tạo chân máy 45 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ 3.2.3 Nguồn rung ồn từ động cơ 1. Tiếng ồn do quá trình cháy: tiếng ồn do áp suất khí cháy biến thiên trong xy lanh gây ra sóng nổ truyền vào khoang hành khách. 2. Tiếng ồn cơ khí từ động cơ: tiếng gõ pít tông với con đội, do đóng mở xu páp, do sự chuyển động va đập của xu páp với lò xo xu páp; của cơ cấu dẫn động xu páp (xích cam, bánh răng), do các bạc trong động cơ bị mòn. 3. Tiếng ồn hệ thống nạp: phát sinh khi dòng khí nạp đi qua các cửa nạp, phụ thuộc vào cấu tạo bộ lọc gió, đường kính và chiều dài ống nạp. 4. Tiếng ồn quá trình xả: Tiếng ồn xả chiếm phần chủ yếu tiếng ồn động cơ. Khí xả từ động cơ có áp suất cao, nhiệt độ cao và mang theo lượng nhiệt lớn sinh ra trong kỳ cháy. Khi xả ra không khí chúng sẽ giãn nở tức thời và gây ra những tiếng nổ lớn. 5. Tiếng ồn quạt: do các cánh quạt cắt không khí hoặc do tạo xoáy không khí phía sau cánh quạt gồm các quạt làm mát nước, quạt của máy phát, quạt của hệ thống điều hoà không khí. 46 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ Rung ồn từ động cơ có liên quan đến kiểu động cơ, số vòng quay, công suất và đường kính xi lanh. Công thức kinh nghiệm xác định mức áp âm cho động cơ 4 xi lanh, 4 kỳ, diesel được trình bày bởi công thức (1.1), [3].     55 n n log30N35.1log5.5nlog10L HeHHA        nH: số vòng quay tại công suất NeH của đông cơ (v/ph) n: số vòng quay làm việc của động cơ (v/ph) NeH: công suất của động cơ tại số vòng quay nH (kW) Với động cơ cùng loại có lắp turbo charge, mức áp âm được tính gần đúng theo công thức (1.2)     7.136log50log40  DnL A D: đường kính của xi lanh (m). Đồ thị chỉ sự quan hệ giữa mức áp âm với số vòng quay động cơ diesel 4 kỳ khi đầy tải, đo tại vị trí cách động cơ một mét được trình bày trên hình 1.1, [3]. Đồ thị quan hệ mức áp âm với số vòng quay động cơ diesel 4 kỳ khi đầy tải 3.2.3 Nguồn rung ồn từ động cơ 47 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ Các nguồn âm cơ bản được phát ra từ động cơ là từ bản thân động cơ, từ hệ thống nạp khí và từ hệ thống xả. Nguồn âm phát ra từ động cơ là do hệ thống van xu páp, hệ thống cam, hệ thống buồng đốt, hệ thống bạc, v.v. Sơ đồ mô tả nguồn âm từ động cơ được trình bày trên (hình 1.2) và dãy tần số chủ yếu của nguồn ồn từ động cơ bảng nêu trong bảng (1.1). Sơ đồ vị trí nguồn ồn từ động cơ diesel 4 xilanh 1. Tiếng ồn từ hệ thống van xu páp; 2. Tiếng ồn từ hệ thống dây cam; 3, 4. Tiếng ồn từ hệ thống bơm nước, puly, quạt;5. Tiếng ồn từ hệ thống piston; 6.Tiếng ồn từ hệ thống bạc; 7. Tiếng ồn từ hệ thống vỏ nắp máy; 8. Tiếng ồn từ hệ thống đường nạp trên thân động cơ; 9. Tiếng ồn từ hệ thống đường xả trên thân động cơ; 10. Tiếng ồn từ hệ thống buồng đốt; 11. Tiếng ồn từ hệ thống đáy các te Nguồn ồn Dãy tần số (Hz) Ghi chú Từ buồng đốt 500~8000 Động cơ xăng: 500~4000Hz; Động cơ diesel rộng hơn Từ pít tông 2000~8000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ và số xi lanh Từ hệ thống van nạp/ xả 500~2000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ và số van Từ quạt làm mát 200~2000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ và số cánh quạt Từ hệ thống nạp 50~5000 Nạp thông thường > 200 Hz > Nạp có turbo Từ hệ thống xả 50~5000 Hệ thống xả có turbo Từ bơm cao áp ~2000 Phụ thuốc vào tốc độ động cơ và kiểu bơm Từ các bánh răng ~4000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ và số răng Từ hệ thống căng dây đai >3000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ, đọ căng dây đai và độ trượt, hệ số ma sát Từ đai cam >3000 Phụ thuộc vào tốc độ động cơ, số mắt xích hoặc răng dây dai Dãy tần số chủ yếu của nguồn ồn từ động cơ 3.2.3 Nguồn rung ồn từ động cơ 48 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ Rung ồn từ các hệ thống nạp và hệ thống xả do các bầu lọc, các đường ống hút, xả, bản thân các bộ lọc, v.v gây nên. Tiếng ồn xuất hiện từ khi mở đến khi đóng bướm ga. Khi động cơ làm việc, các xu páp đóng mở, không khí được hút dưới áp suất cao vào buồng đốt gây ra các xung áp suất, các xung này gây ra tiếng ồn của hệ thống nạp khí. Một ví dụ về sơ đồ hệ thống nạp khí trên động cơ D4DB Hyundai xe ô tô được trình bày trên hình 1.3. Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống nạp khí trên động cơ Phương trình sóng xung đối với động cơ 4 kỳ được tính cho một xi lanh được tính theo phương trình (1.3).     n 2 1 1,1, 2 1 i ifi i2sinpP  Sơ đồ hộp bầu lọc hệ thống nạp khí trình bày trên hình 1.4. Hình 1.4 Sơ đồ hộp bầu lọc trên hệ thống nạp khí                                                    2 ba 2 L2 cos L2 cos L2 sin m 1 m25.01log10TL       Trong đó: m: Tỷ số diện tích giữa mặt cắt ngang ống vào (S1) và ống ra (S2), m = S2/S1 L: Chiều dài hộp bầu lọc La, Lb: Chiều dài phần nhô ra trong hộp của đường ống hút vào và ra. : Chiều dài bước sóng của âm. 3.3 Rung ồn từ hệ thống nạp 49 CHƯƠNG 3: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG KHUNG GẦM Ô TÔ Sơ đồ hệ thống xả trên động cơ xe ô tô được trình bày trên hình 1.5. Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống ống xả trên động cơ Tương tự hệ thống nạp khí, phương trình truyền sóng xung hệ thống ống xả cũng được tính theo phương trình (1.3). Phương trình đường truyền âm trong hệ thống xả được xác định bởi công thức (1.5).                  L m m TL 2 sin 1 25.01log10 2 2 10                 t Lf m m 27310 2 sin 1 25.01log10 2 2 10 Các ký hiệu và các thông số trong phương trình được xác định như trong hệ thống nạp khí của động cơ. 3.4 Rung ồn từ hệ thống xả 50 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 3.5 Các nguồn gây rung ồn HTTL Các nguồn gây rung động chính Từ cấu tạo của các bộ phận trong HTTL có thể nhận thấy, các nguồn gây ra rung động chính đều xuất phát từ bánh răng, trục bánh răng, các ổ vòng bi. Các nguồn gây rung của bánh răng a) Các lỗi khi chế tạo Có ba loại lỗi rất hay xẩy ra khi chế tạo bánh răng, đó là các lỗi sau đây: Lệch tâm (eccentricity) Sai bước răng (pitch error) Lỗi dạng răng (tooth form error). Lỗi lệch tâm sẽ dẫn đến mất cân bằng về mặt khối lượng, khi quay bánh răng và trục bánh răng sẽ gây nên lực li tâm, nguyên nhân của dao động tần số thấp ở hộp số. Lỗi sai bước răng và lỗi dạng răng sẽ gây nên các va chạm, cọ xát trên các bề mặt của răng. Đây là các nguyên nhân tạo ra các xung lực tác động lên từng răng của hộp số gây dao động tần số cao và các xung lực có tần số bằng tần số ăn khớp. b) Các lỗi lắp đặt Nếu bánh răng được chế tạo chính xác nhưng việc lắp đặt lại gặp phải các sai sót như không đồng trục, các trục không song song thì tải trọng sẽ không được phân bố đều lên bề mặt một răng và lên các răng tại các vị trí khác nhau của bánh răng. Sự thay đổi tải trọng này cũng là nguyên nhân gây ra dao động hộp số. Ngoài ra sự liên kết giữa hộp số với nền móng, với động cơ và với trục các đăng cũng là các yếu tố có thể gây nên rung động đáng kể. Do các lỗi trên cộng với chất lượng bôi trơn kém sẽ dẫn đến các hư hỏng răng như: mòn (wear), mỏi bề mặt (surface fatigue), biến dạng dẻo (plastic deformation), mẻ răng (tooth braking). Với các hư hỏng như vậy mức rung động của hộp số sẽ tăng lên đột biến. Nếu các cặp bánh răng ăn khớp không tốt do sai số chế tạo, sai số lắp ráp hay do hư hỏng khuyết tật của bánh răng, do chế độ bôi trơn không tốt thì tiếng ồn sẽ phát ra. Mức áp âm của tiếng ồn và tần số của tiếng ồn phụ thuộc vào vị trí, mức độ hư hỏng và kiểu sai lệch. Hệ thống truyền lực của ô tô bao gồm các bộ phận cơ khí cấu thành với các phần tử chính là bánh răng, trục, ổ. Trong quá trình làm việc chuyển động của các chi tiết gây nên hiện tượng rung và tiếng ồn. Mức độ rung và ồn tùy thuộc vào thiết kế và lắp đặt các bộ phận trong hệ thống. Hiện tượng rung và ồn phản ánh gián tiếp chất lượng của hệ thống và được sử dụng như tiêu chí đánh giá chất lượng. 51 CHƯƠNG 3 : RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ Các nguồn gây rung từ ổ vòng bi Dao động sinh ra trong ổ chống ma sát bao gồm bốn loại được mô tả như sau: a) Dao động sinh ra do cấu tạo của ổ: Trường hợp này xảy ra khi trục bánh răng cong, ổ nghiêng, các viên bi có đường kính không đều. b) Dao động sinh ra do tính phi tuyến của ổ: Đây là hiện tượng xuất hiện khi có sự không đồng tâm của hai ổ, khuyết tật ở mặt vỏ trục, lắp ráp lỏng của giá ổ, sự không tròn của rãnh vành trong, cổ trục không tròn. c) Dao động sinh ra so sự uốn lượn bề mặt: Sự uốn lượn có thể có trên vành trong, vành ngoài và viên bi. d) Dao động sinh ra do sự khuyết tật của ổ: Khuyết tật có thể sinh ra trên vành trong vành ngoài và viên bi, như sứt tróc rỗ, mòn không đều gây ra va chạm của các viên bi với vòng trong hoặc vòng ngoài của ổ bi. Tiếng ồn sinh ra từ các ổ bi: Mức áp âm của tiếng ồn và tần số của tiếng ồn phụ thuộc vào vị trí, mức độ hư hỏng và kiểu hư hỏng. 3.5 Các nguồn gây rung ồn HTTL 52 CHƯƠNG 4: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE Hệ thống thân vỏ xe ô tô 4.1 Phân tích cấu trúc hệ thống thân vỏ xe Các lớp lót, phủ, sơn cách nhiệt và chống ồn trong khoang xe - Trần ca bin được phun vật liệu bọt xốp cách nhiệt và cách âm PUR (Polyurethane), với độ dày trung bình 1.5 cm. Sau lớp bọt xốp, trần ca bin được dán lớp phủ thảm nỉ mịn, dày 0.5 cm Khe hở giữa các tấm thành xe, các khe của gioăng kính được phun keo dính nhằm chống rung xóc tạo tiếng ồn. - Các tấm thành bên, cửa, sàn xe được dán lớp phủ bằng thảm nỉ chiều dày 0.5 cm (hình 3.10b) 53 CHƯƠNG 4: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE Xác định hệ toạ độ chung của mô hình Hệ toạ độ chung của vỏ xe cần phải được xác định nhằm mục đích tạo lập ma trận cơ bản của toàn bộ kết cấu vỏ xe và ghép nối các mảnh cấu trúc con. + Hệ thống toạ độ tổng thể và địa phương được sử dụng cho các vị trí hình học (nút, điểm, v.v) trong không gian. + Hệ thống toạ độ nút định nghĩa bậc tự do cho mỗi nút và định hướng của dữ liệu kết quả nút. + Hệ thống toạ độ phần tử để xác định sự định hướng của thuộc tính vật liệu và dữ liệu kết quả phần tử. + Hệ thống toạ độ kết quả được sử dụng cho việc dịch chuyển dữ liệu kết quả nút hoặc phần tử tới một hệ thống toạ độ riêng biệt cho việc liệt kê, hiển thị hoặc xử lý kết quả. Thiết lập mô hình tính toán vỏ xe * Xác định các đặc tính vật liệu Lựa chọn thuộc tính phần tử Gán các phần tử cho mô hình bao gồm lựa chọn kiểu loại phần tử và hằng số đặc trưng của chúng. Thuộc tính phần tử cần phải đảm bảo được trạng thái ứng suất gắn với thực tế. 4.2 Xây dựng mô hình tính toán 54 Sự truyền lực từ sàn xe lên khung vỏ xe được mô tả theo nguyên tắc trên hình vẽ. Coi A là hệ sàn xe, B là khung vỏ xe và C là mối ghép nối giữa A và B. Như vậy, khi tác dụng một lực F1 vào A tại vị trí 1, tác dụng của ngoại lực sẽ được truyền qua mối ghép nối C thông qua F23 tác dụng vào hệ B [8]. Lực F23 được xác định bởi công thức : Mô hình truyền lực tác dụng từ hệ sàn xe lên khung vỏ xe A. Hệ sàn xe; B. Khung vỏ xe; C. Mối ghép nối C. Chân máy-phần đệm đàn hồi. 332322 121 23 YYY YF F   SK j Y  23 F1 : Lực kích động từ bu lông lắp khung sát xi với sàn xe. F23 : Lực truyền từ điểm 2 trong sàn xe sang điểm 3 trên khung vỏ xe. Y12 : Phần hao tổn của lực khi truyền từ điểm 1 đến điểm 2. Y22 : Phần hao tổn của lực tại điểm 2. Y33 : Phần hao tổn của lực tại điểm 3. Y23 : Phần hao tổn tại điểm nối ghép. J : Gia tốc của dao động của hệ sàn xe.  : Tần số dao động. KS : Độ cứng của đệm cao su giữa khung sát xi với sàn xe. CHƯƠNG 4: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE 55 Mô hình đặt tải trên mô hình khung vỏ xe trong phần mềm Ansys CHƯƠNG 4: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE 56 Mức áp suất âm theo tính toán, tại 3 vị trí trong khoang xe CHƯƠNG 4: RUNG VÀ ỒN TRÊN HỆ THỐNG THÂN VỎ XE 57 CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.1 Cơ sở của quá trình đo Các thông số cần đo rung ồn trên ô tô: 1) Gia tốc (hoặc dịch chuyển) khi rung của vỏ xe. 2) Áp suất âm tại các vị trí tai người ngồi trong xe (vị trí lái xe và vị trí hành khách) Phương pháp đo rung: Phổ biến: so sánh dịch chuyển của khối quán tính [3]. Cấu tạo gồm một khối quán tính gắn với một hệ lò xo, có sự di chuyển tương đối với nhau khi có rung. Bộ chuyển đổi áp điện, điện trở, điện cảm v.v được sử dụng, trong đó chuyển đổi áp điện là phổ biến. Từ dịch chuyển suy ra biên độ rung hoặc gia tốc. Phương pháp đo áp suất âm (tiếng ồn): a) Phương pháp đo gần đúng: Sử dụng thiết bị đo tiêu chuẩn, không cần tính toán phức tạp. Thiết bị đo thường là các thiết bị đo tiếng ồn cầm tay. b) Phương pháp đo kiểm tra: Dùng để đạt được các số liệu chính xác hơn để so sánh với mức ồn cho phép. Thiết bị đo cần sử dụng là các máy đo chính xác với bộ lọc tần số. c) Phương pháp đo chuyên dụng: dùng trong các trường hợp đặc biệt để xác định các số liệu bổ sung của tiếng ồn trong các vùng tần số thấp hoặc siêu âm, để đánh giá các xung. Khi đó cần các thiết bị đo đặc chủng. 58 CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.2 Nguyên lý đo rung, ồn Sơ đồ khối nguyên lý đo và phân tích ồn rung Chuyển đổi sơ cấp 59 Đầu đo dao động Đầu đo dao động là thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu dao động sang các dạng tín hiệu khác dễ dàng lưu trữ và xử lý hơn (tín hiệu điện). Đầu đo dao động có nhiều loại, thường được phân loại theo đại lượng dao động đo được trực tiếp chưa qua các phép biến đổi vi, tích phân (gia tốc, vận tốc, chuyển vị), theo phương pháp đo (tiếp xúc hay không tiếp xúc) hoặc theo nguyên lý làm việc. Các hệ thống đo dao động trong công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm, có ba loại đầu đo thường gặp đó là đầu đo gia tốc tiếp xúc kiểu gốm áp điện (piezoelectric accelerometer), đầu đo vận tốc tiếp xúc kiểu địa chấn (velocity transducer) và đầu đo chuyển vị không tiếp xúc kiểu dòng điện xoáy (eddy current proximity probe). Trong thí nghiệm sử dụng loại đầu đo gia tốc tiếp xúc kiểu gốm áp điện Sơ đồ cấu tạo đầu đo gia tốc kiểu gốm áp điện B&K 4384 [28] Đầu đo gia tốc tiếp xúc kiểu gốm áp điện làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện. Một số vật liệu như thạch anh, gốm áp điện, BaTiO3, muối xecnhet, khi phải chịu áp lực lên bề mặt thay đổi thì sẽ sinh ra lượng điện tích biến thiên theo quy luật của áp lực. Những vật liệu có tính chất như vậy có thể được sử dụng để chuyển tín hiệu rung động (áp lực) thành tín hiệu điện (điện tích). Đầu đo được gắn trực tiếp lên vị trí cần đo. Toàn bộ vỏ đầu đo và khối lượng M đóng vai trò vật nặng dao động theo điểm gắn đầu đo, phần tử áp điện làm từ vật liệu áp điện (gốm áp điện) được mạ bạc hai mặt, đóng vai trò như một lò xo chịu tác động của vật nặng. Trong quá trình dao động, lượng điện tích trên hai bản mặt phần tử áp điện luôn tỷ lệ tuyến tính với áp lực tác dụng lên nó, tức là tỷ lệ thuận với gia tốc dao động. Khi phần tử áp điện bị va đập bởi khối đập với lực biến thiên, trên bề mặt của nó xuất hiện các điện tích. Các điện tích này trở thành tín hiệu tương ứng với lực (gia tốc) va đập. Chuyển đổi sơ cấp: Chuyển đổi sơ cấp là thiết bị thực hiện một quan hệ hàm đơn trị tuyến tính giữa đại lượng vào (không điện) thành một đại lượng ra (đại lượng điện) với một độ chính xác nhất định. Bộ chuyển đổi gọi là đầu đo (cảm biến, sensor). CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý đo 60 Đầu đo ồn (microphone) Đầu đo ồn (microphone) có nhiều loại, thông dụng là các loại sau đây: Microphone tụ điện gồm một màng mỏng giữ vai trò như một bản của tụ điện. Khi màng mỏng dao động do áp suất âm gây ra làm thay đổi điện dung và được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Thiết bị này đòi hỏi một nguồn điện 1 chiều phân cực cao, màng mỏng dễ hỏng và chịu ảnh hưởng bất lợi của độ ẩm. Nhưng chúng có đáp ứng tần số cao tốt, ổn định và chịu được trong môi trường có áp suất, nhiệt độ cao. Microphone áp điện gồm một tinh thể gốm áp điện đặt sau màng rung hoạt động như vật hút lực. Khi áp suất tác động lên màng rung làm biến dạng thạnh anh do đó sinh ra tín hiệu điện. Kiểu microphone này hoạt động tin cậy, có điện dung cao và dải động tốt, không cần nguồn điện phân cực. Nhưng đáp ứng tần số và làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao kém. Microphone điện động sinh ra tín hiệu điện bằng cách dịch chuyển một cuộn dây nhỏ được nối với màng rung trong từ trường. Do nó có trở kháng thấp nên có thể nối bằng dây dài nhưng không được dùng ở gần các thiết bị sinh ra từ trường Cấu tạo của micrô kiểu điện dung Nguyên tắc chuyển đổi sơ cấp khi đo ồn kiểu điện dung dựa trên sự tác động tương hỗ giữa hai điện cực tạo thành một tụ điện. Điện dung của tụ điện thay đổi dưới tác dụng của đại lượng vào. Biến thiên của áp suất không khí làm rung màng rung, dẫn đến làm thay đổi khe hở không khí giữa màng rung và tấm sau của tụ điện làm thay đổi điện dung của nó. Hình mô tả kết cấu của một micro kiểu điện dung [27] CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý đo 61 Bộ biến đổi tương thích Bộ biến đổi tương thích có chức năng khuếch đại, biến đổi tín hiệu điện do các đầu đo chuyển đến thành dạng phù hợp hơn với việc truyền dẫn, hiển thị và lưu trữ. Tín hiệu điện do các đầu đo chuyển đến là tín hiệu tương tự, thường có công suất nhỏ. Để thuận tiện cho việc truyền dẫn và hiển thị, bộ biến đổi tương thích sẽ tiến hành khuếch đại, lọc nhiễu,... trước khi đưa sang thiết bị hiển thị hoặc số hoá để đưa sang thiết bị lưu trữ. Thiết bị lưu trữ và phần mềm xử lí Thiết bị lưu trữ tín hiệu số ổ đĩa cứng của máy tính. Thông qua giao diện giữa bộ biến đổi tương thích và máy tính, tín hiệu số dạng điện áp sẽ được ghi lên đĩa cứng. Công việc ghi tín hiệu lên đĩa cứng này được thực hiện bởi trình điều khiển của bộ biến đổi tương thích được cài sẵn trên máy tính. Phần mềm xử lý và phân tích tín hiệu dao động được cài đặt trong máy tính, thực hiện việc lưu trữ, hiển thị tín hiệu lên màn hình. Ngoài ra phần mềm này thường có rất nhiều chức năng liên quan đến xử lý tín hiệu như lọc, phân tích tần số, tích phân, tính trung bình, phân tích phổ với tháng tuyến tính và thang lô ga rít (quảng tám) v.v. để đưa ra những đặc trưng rung động quan tâm. Phần mềm xử lí và phân tích tín hiệu dao động có thể được cung cấp cùng hoặc làm việc độc lập với hệ thống đo rung động. CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý đo 62 Khuyếch đại Chức năng của bộ khuyếch đại: Biến đổi trở kháng Khuyếch đại tín hiệu Chuyển tín hiệu ra với độ nhạy phù hợp với thiết bị đo Bộ lọc tín hiệu Để xuất tín hiệu theo phổ, thiết bị đo thường sử dụng các bộ lọc tần số với thang đo tần số tuyến tính hoặc lôgarit. Đặc trưng của mỗi bộ lọc là băng thông (độ rộng) tần số B = f2 - f1 với tần số trung tâm của dải được lấy là tần số trung bình nhân f0 (Hz) 210 fff  Bộ tính toán tách tín hiệu và thời gian trung bình Bộ tính toán tách tín hiệu có mục đích nhằm biến đổi tín hiệu đến mức có thể hiển thị được trên màn hình. Ngoài ra, do tín hiệu vào có thể thay đổi, suy giảm bất thường làm cho tín hiệu ra liên tục biến thiên nên trong khối này cần phải có bộ tính toán mức tín hiệu theo thời gian trung bình. CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.3 Phân tích sơ đồ nguyên lý đo 63 − Các thông số của tín hiệu đo thường là các tín hiệu thay đổi theo thời gian, ký hiệu là x(t) và được chia làm 2 loại: Tín hiệu không ngẫu nhiên và tín hiệu ngẫu nhiên, trong đó tín hiệu không ngẫu nhiên chỉ là trường hợp riêng của tín hiệu ngẫu nhiên. Tín hiệu ngẫu nhiên là tín hiệu mà giá trị của nó tại mỗi thời điểm là đại lượng ngẫu nhiên, là một hàm ngẫu nhiên theo thời gian. − Các tính chất quan trọng của tín hiệu ngẫu nhiên là tính dừng và tính êrgôdic của tín hiệu ngẫu nhiên dừng. Một tín hiệu ngẫu nhiên dừng êrgôdic là tín hiệu ngẫu nhiên dừng mà bất kỳ đặc trưng thống kê nào nhận được bằng cách lấy trung bình theo tập hợp tất cả các thể hiện có thể có tại một thời điểm (ví dụ t1) đều bằng đặc tính thống kê đó khi lấy trung bình theo khoảng thời gian đủ lớn (T) từ một thể hiện duy nhất của tín hiệu ngẫu nhiên dừng đó. − Do vậy khi đo một tín hiệu ngẫu nhiên để phân tích, thường phải kiểm tra tính dừng, tính êrgôdic của tín hiệu đo được. Nếu tín hiệu là tín hiệu dừng, êrgôdic thì phép đo chỉ cần xét một thể hiện duy nhất và lấy trung bình theo khoảng thời gian T đủ lớn thay cho việc lấy trung bình theo tập hợp nhiều thể hiện tại một thời điểm, điều mà trong thực tế đo lường rất khó thực hiện bởi khi đo thường chỉ nhận được một thể hiện của tín hiệu ngẫu nhiên x(t). Cách kiểm tra điều kiện đủ để tín hiệu ngẫu nhiên dừng êrgôdic được xét theo kỳ vọng toán, phương sai và hàm tương quan của chúng [3]. Theo đó, trong thực tế các tín hiệu ngẫu nhiên phần lớn đều thoả mãn điều kiện dừng, êrgôdic. CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.4 Phân tích số liệu đo 64 Khi đo rung - Mức của tín hiệu rung động theo thời gian có thể biểu diễn theo nhiều cách khác nhau, (hình 4.5) [51]. Để xác định biên độ dao động so với trạng thái cân bằng người ta dùng các giá trị mức đỉnh hoặc mức đỉnh toàn phần. Khi cần xác định năng lượng của tín hiệu rung, người ta thường sử dụng các giá trị căn quân phương (RMS). Biểu diễn các giá trị theo thời gian khi đo rung Xác định các đại lượng đặc trưng rung động: - Các đại lượng đặc trưng của rung động là: gia tốc a (m/s2); vận tốc v (m/s); dịch chuyển d (m). Ba đại lượng này quan hệ chặt chẽ với nhau và nếu biết một trong ba đại lượng, chúng ta có thể tìm các đại lượng còn lại bằng các biểu thức tích phân (hoặc đạo hàm) theo thời gian, (hình 4.6) [51]. Xác định vận tốc và dịch chuyển khi biết gia tốc rung CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.4 Phân tích số liệu đo 65 Khi đo ồn Các đại lượng đặc trưng khi đo xác định một nguồn âm là: công suất âm P (W); cường độ I (W/m2) và áp suất âm p (Pascal (Pa) = N/m2). Trong trường âm tự do, khi biết một trong ba đại lượng này, có thể xác định hai đại lượng còn lại.  rIrP .4 2 Quan hệ giữa cường độ và áp suất âm c p I rms 0 2   orms pp 2 2  vakpo .... 0  o : khối lượng riêng (mật độ) của môi trường; a: biên độ dao động của hạt; : tần số góc; v: tốc độ truyền sóng âm; k : hệ số phụ thuộc vào các đơn vị dùng. CHƯƠNG 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ PHÂN TÍCH RUNG VÀ ỒN TRÊN Ô TÔ 5.4 Phân tích số liệu đo 66 CHƯƠNG 6 : CÁC GIẢI PHÁP GIẢM RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ 6.1 Giải pháp chủ động − Chủ động thiết kế liên quan đến thông số kỹ thuật, cấu tạo thân xe. − Chủ động trong công nghệ chế tạo khung vỏ xe. − Chủ động trong chế độ khai thác và vận hành xe. 6.2 Giải pháp thụ động − Can thiệp vào những bộ phận như chân máy, các tấm panel khung vỏ xe, đặt thêm vật liệu cách âm trên khung vỏ xe, tăng cứng hoặc thay đổi kết cấu tấm khung vỏ. − Cải tiến tối ưu các cụm chi tiết hỗ trợ trên xe. − Can thiệp trên đường truyền rung động. 67 CHƯƠNG 6 : CÁC GIẢI PHÁP GIẢM RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ 6.3 Cơ sở khoa học của một số biện pháp chính giảm ồn rung trong xe Can thiệp trên đường truyền rung động để giảm công suất âm Khi tấm vỏ bị rung sẽ xảy ra các kích thích áp suất đối với môi trường không khí xung quanh và sẽ phát ra năng lượng âm thanh có công suất âm P (W) được xác định bởi công thức (1.7), [10]. VScP f 2 0 ...  (W) S - diện tích của tấm (m2) 2V- Phương sai vận tốc trung bình của tấm rung. f - hệ số phát xạ của tấm tại tần số trung bình f và f được xác định bằng thực nghiệm. f = 1 khi f > fc; f >1 khi f = fc; f <1 khi f < fc. Từ phương trình (1.7), để giảm công suất âm P ta thấy: (i) Giảm hệ số phát xạ f bằng cách đưa tần số nguy hiểm fc lớn hơn tần số lớn nhất của kích thích (fc >> fmax). (1.7) (ii) Giảm 2V với tần số và độ lớn lực kích thích đã cho bằng cách tăng độ cứng uốn, tăng hệ số hấp thụ của vật liệu hoặc đưa tần số riêng của tấm ra ngoài vùng tần số kích thích. Để tăng độ cứng uốn panel ta có thể làm bằng cách: Tăng thêm khung xương cho tấm vỏ xe. Thay đổi chiều dày tấm vỏ xe. Căng bề mặt tấm panel vỏ đảm bảo tấm không bị “chùng” gây rung động ở vùng tần số thấp, thay đổi hình dạng dao động của tấm. Tạo các bề mặt cong định hình cho tấm tại các mép tiếp giáp và ngay trên thân các tấm bằng cách tạo thêm các đường gân nổi hoặc chìm. 68 CHƯƠNG 6 : CÁC GIẢI PHÁP GIẢM RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ Tăng độ cách âm của tấm Sóng âm va đập vào một tấm phẳng được chia thành ba thành phần: (1) một phần sẽ phản xạ lại môi trường truyền âm, (2) một phần bị hấp thụ ngay trong tấm phẳng, (3) phần còn lại làm tấm dao động uốn sẽ phát âm và phát ra tiếng ồn ở khu vực phía sau của tấm. Sóng âm truyền qua tấm này gọi là sóng truyền qua. Gọi tỷ số giữa công suất âm  của sóng truyền qua Pt và sóng đập Pd là hệ số truyền âm của tấm [10], khi đó: dt PP Và khi đó độ cách âm R của tấm được tính bởi phương trình: d t P P R log10 1 log10   Để tăng độ cách âm của tấm ta tạo thêm các gân trên bề mặt tấm để thay đổi bước sóng dao động uốn của tấm tránh làm cho bước sóng của sóng đập trùng với bước sóng của sóng truyền và cũng để thay đổi góc va đập  của sóng truyển nghĩa là tăng độ cách âm của tấm. Làm kín các mối lắp ghép và giảm các khe hở trên khung vỏ xe Khi âm truyền lọt từ nguồn bên ngoài qua các khe hở, lỗ trên thân vỏ xe tại các mối tiếp giáp giữa các tấm, tại khu vực lắp kính, lắp cánh cửa vào trong khoang xe Khi kích thước khe hở hoặc lỗ b lớn so với bước sóng  của sóng truyền thì âm được phát đi giống hệt như nguồn âm đã sinh ra nó và sự thay đổi không đáng kể, có thể bỏ qua ảnh hưởng của sự khuếch tán qua lỗ. Khi kích thước lỗ nhỏ hơn bước sóng ) thì âm truyền qua lỗ được phát đi mọi hướng giống hệt như nguồn âm đã sinh ra nó. Khi này có thể coi nguồn âm là do rung của tấm vỏ tạo ra [10]  b b( 69 CHƯƠNG 6 : CÁC GIẢI PHÁP GIẢM RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ Sử dụng vật liệu cách âm để tăng hệ số hấp thụ âm của tấm Những vật liệu có khả năng hấp thụ âm cao là những vật liệu có cấu tạo xốp (có các khe hở không khí) hoặc cấu tạo từ các loại sợi. Sóng âm đập tới vật liệu làm cho không khí có trong các khe hở dao động và tạo ra ma sát giữa vật liệu và không khí nên các dao động đó tắt dần, năng lượng sóng âm sẽ bị hấp thụ và biến thành nhiệt. Hệ số hấp thụ âm  là tỷ số giữa năng lượng sóng âm bị hấp thụ Eht và năng lượng sóng âm đập tới Eđ, [11]. đht EE / Các vật liệu có hệ số hấp thụ âm cao thường dùng là: Sợi thuỷ tinh, bọt xốp Mipôra thường được ép trên các tấm panel thành bên; tấm phớt, tấm cao su, tấm nỉ, tấm sợi đay thường được dụng làm thảm đặt sàn xe; bọt xốp Mipôra thường dùng ép trên tấm nóc xe do khả năng công nghệ và khả năng bám chắc vào tấm kim loại của nó. Hai loại vật liệu cách âm sử dụng phổ biến hiện nay có sẵn trên thị trường là: Sản phẩm Polyurethane (tên gọi thông dụng là FOAM), được hình thành bởi các phản ứng của Isocyanate lỏng với các thành phần của Polyol. Polyurethane dạng cứng được cấu thành từ các hạt bọt (xốp) nhỏ mịn sự liên kết chặt chẽ, hệ số truyền nhiệt thấp thích hợp cho việc cách nhiệt. Ưu điểm lớn nhất của Polyurethane là tính linh hoạt, dễ sản xuất và sử dụng. Hỗn hợp Voracor CR765 Polyol/ Voracor CE101 Isocyanate được phun trực tiếp lên vách trong của vỏ xe theo tỷ lệ hòa trộn thích hợp thông thường là 100/126. Sau thời gian phản ứng khoảng 10-15 giây sẽ tạo thành một lớp xốp dày, có tỷ lệ nở 25,5-25,7 kg/m3 điền đầy và bao kín toàn bộ vách trong của vỏ xe, sau khoảng 85-95 giây sẽ đông cứng với thành vỏ xe. Với phương pháp sản xuất này, lớp xốp không chỉ có vai trò cách nhiệt mà còn có tác dụng chống rung, giảm ồn. Vật liệu composite cũng có hệ số hấp thụ âm cao. Kết hợp với khả năng công nghệ chế tạo, vật liệu composite thường được dùng làm tấm trước, tấm sau và các chi tiết khác của khung vỏ như cụm chắn bùn, các tấm che nắng. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Văn Khang (2004), Dao động kỹ thuật, NXB KH và KT 2. Lê Quỳnh Mai (2015), Nghiên cứu ồn khoang xe khách 29 chỗ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật. 3. Gang shen (Gang Shen Chen), (2012), Vehicle Noise, Vibration, and Sound Quality. SAE Internation Warrendale, Pennsylvania, USA. SAE Order No. RF-400 71