Captiva

Teorie vibrací a terminologie

Konstrukce a požadavky na provedení vozidel prodělaly za několik posledních let zásadní změny.

Vozidla jsou pevnější a poskytují oproti dřívějšku vyšší odizolování od stavu vozovky. Konstrukce dnešních pevnějších vozidel jsou méně náchylné k vibracím, jež se vyskytovaly v dřívějších konstrukcích; vibrace lze však zjistit i v moderních vozidlech, pokud se vytvoří přechodové mosty mezi otáčivými díly a karosérií vozidla.

V mnoha dnešních vozidlech není tolik bodů izolování od vozovky. Pokud díl vytváří dostatečně silné vibrace, může překonat stávající izolaci a je pak nutné díl opravit nebo vyměnit.

Přítomnost nebo absence nežádoucích zvuků a vibrací je spojena s vnímáním celkové kvality vozidla zákazníkem.

Vibrace je opakovaný pohyb předmět dopředu a dozadu nebo nahoru a dolů. Většinu vibrací vozidel způsobují následující díly:

Otáčivé díly způsobují vibrace, pokud dojde k nadměrné nevyváženosti nebo házivosti kola. Při provádění diagnostiky v případě vibrací by míra přípustné nevyváženosti nebo házení měla být považována za TOLERANCI, nikoliv SPECIFIKACI. Jinými slovy: čím je házení nebo nevyváženost menší, tím lépe.

Pokud rotující komponenty nejsou vhodně odděleny od prostoru pro cestující, mohou způsobit vibrace: V případě narušeného uchycení motoru lze pulzy zážehu motoru detekovat jako vibrace.

Vibrující díl pracuje při konstantní rychlosti (km/h, mph nebo ot/min). Změřte hodnotu vibrací. Při stanovení hodnoty/rychlosti nalezněte díl, který pracuje při stejné hodnotě/rychlosti, abyste zjistili zdroj vibrací. Vibrace se rovněž přenášejí přes konstrukci karosérie na jiné díly. Pokud tedy vibruje sedadlo, ještě to neznamená, že zdroj vibrací je v sedadle.

Vibrace se skládají ze tří následujících prvků:

V předchozím obrázku je zdrojem nevyvážená pneumatika. Přechodový most je cesta vibrací systémem zavěšení kol do sloupku řízení. Respondér je volant, v němž zákazník cítí vibrace. Eliminací libovolného z těchto tří prvků obvykle vibrace zmizí. Na základě dostupných informací rozhodněte, který z prvků má největší smysl eliminovat. Přidáním konzoly ke sloupku řízení se sloupek řízení zbaví vibrací, není to však praktické řešení. Nejpřímějším a nejefektivnějším řešením je vyvážit pneumatiku.

Vibrace mohou být rovněž zdrojem hluku. Jako příklad si představte vozidlo, které má výfukové potrubí ukostřené k rámu. Zdrojem vibrací jsou rázy taktů motoru přenášející se na výfukové potrubí. Přechodovým mostem je ukostřený nebo připevněný držák výfukového potrubí. Respondérem je rám. Podlahový plech vibruje a představuje velký reproduktor, který hlučí. Nejlepším řešením by bylo eliminovat přechodový most. Srovnání výfukového systému a oprava stavu ukostření na rámu by eliminovaly přechodový most.

V následujícím textu jsou uvedeny 2 primární složky diagnózy vibrací:

Většinu stížností zákazníků na vibrace způsobují opakující se pohyby dílu nahoru a dolů nebo dopředu a dozadu. Obvyklé vibrující díly:

Diagnostikování vibrací probíhá následujícím jednoduchým postupem:

1. Změřte opakovaný pohyb a přiřaďte tomuto měření hodnotu v cyklech za sekundu nebo za minutu.
2. Převeďte frekvenci zpět na rychlost otáčení dílu, který pracuje shodnou rychlostí nebo ve shodných otáčkách.
3. Zkontrolujte a prověřte, zda nejsou díly ve stavu, který způsobuje vibrace.

Ukázku použití teorie vibrací pomůže předvést následující postup:

1. Upněte metrovou měřicí tyč na kraj stolu a nechte ji přibližně 50 cm (20 palců) přesahovat přes okraj.
2. Ohněte přesahující konec tyče a po uvolnění pozorujte její pohyb.

Pohyb tyče se opakuje v cyklech. Cyklus začíná ve středovém bodu, pokračuje dolním maximem, dále zpět přes středový bod do horního maxima a zpět do středu, kde začíná nový cyklus.

Cyklus se neustále opakuje při shodné rychlosti - ve shodné frekvenci. V tomto případě přibližně 10 cyklů za sekundu. Pokud bychom měřili frekvenci představující počet úplných cyklů tyče za minutu, naměřili bychom 10 cyklů x 60 sekund = 600 cyklů za minutu.

Rovněž jsme zjistili konkrétní rozsah pohybu, neboli amplitudu celkového pohybu tyče od horního maxima k dolnímu maximu. Proveďte pokus znovu následujícím postupem:

1. Upněte metrovou měřicí tyč znovu na kraj stolu a nechte ji tentokrát přibližně 25 cm (10 palců) přesahovat přes okraj.
2. Ohněte přesahující konec tyče a po uvolnění pozorujte její pohyb.

Tyč bude vibrovat mnohem rychlejší frekvencí: 30 cyklů za sekundu (1 800 cyklů za minutu).

Výraz cyklus pochází ze stejného kořene jako slovo "circle" (kruh). Kruh začíná a končí ve jednom místě, stejně jako cyklus. Všechny vibrace se skládají z opakujících se cyklů.

Frekvence je definovaná jako rychlost, jíž se opakuje událost během určené jednotky času. U vibrací je událostí cyklus a jednotkou času je 1 sekunda. Frekvence se tedy vyjadřuje v cyklech za sekundu.

Zavedený termín pro cykly za sekundu je jednotka Hertz (Hz). Toto je nejčastější způsob měření frekvence. Vynásobením Hertzů číslem 60 dostanete cykly nebo otáčky za minutu (ot/min).

Amplituda je maximální hodnota periodicky se měnícího množství. V diagnostice vibrací ji nazýváme velikostí rušení. Výrazné rušení má vysokou amplitudu, mírné rušení nízkou amplitudu.

Amplituda se měří podle rozsahu skutečného pohybu nebo posunu. Vezměme si například vibrace způsobované nevyváženým kolem při 80 km/h (50 mph) ve srovnání s rychlostí 40 km/h (25 mph). Se zvyšující se rychlostí se zvyšuje amplituda.

Volné vibrace jsou pokračující vibrace bez vnějšího zdroje. V případě metrové měřicí tyče tato tyč vibrovala i po uvolnění konce.

Nucené vibrace vznikají, pokud předmět nepřetržitě vibruje jako následek vnější síly.

Nevyvážený otáčející se předmět vytváří odstředivou sílu. Následující kroky pomohou názorně předvést odstředivou sílu:

1. Přivažte matici na provázek.
2. Držte provázek. Matice visí svisle dolů následkem gravitační síly.
3. Roztočte provázek. Matice se bude otáčet po kružnici.

Odstředivá síla nutí matici odlétnout a napíná tak provázek, což cítíte v ruce jako tah provázku. Nevyvážená pneumatika způsobuje stejný efekt. Matice představuje nevyváženost pneumatiky. Provázkem je pneumatika, kolo a montážní celek zavěšení. Se zvyšující se rychlostí vozidla se síla rušení nevyvážené pneumatiky může přenášet na volant, sedadlo nebo podlahu. Rušení je opakované (Hz) a amplituda se zvyšuje. Při vyšších rychlostech se zvyšuje jak frekvence, tak amplituda. Jak se pneumatika otáčí, nevyváženost, potažmo odstředivá síla střídavě zdvihá a přitlačuje pneumatiku (spolu s osou) nahoru a dolů, jednou za otáčku pneumatiky.

Přirozená frekvence je frekvence, při níž začíná předmět vibrovat. Zvony, kytarové struny a ladičky jsou všechno příklady předmětů, které začínají vibrovat při konkrétních frekvencích, jsou vybuzené vnější sílou.

Systémy zavěšení kol i motory na zavěšení začínají vibrovat při určitých frekvencích. Proto některé stížnosti na vibrace směřují pouze k určitým rychlostem vozidla nebo otáčkám motoru.

Tuhost a přirozená frekvence materiálu jsou ve vzájemném vztahu. Obecně lze říci, že čím tužší materiál, tím vyšší je jeho přirozená frekvence. A rovněž naopak: Čím měkčí materiál, tím nižší přirozená frekvence. Naopak platí, že čím vyšší je hmotnost, tím nižší je přirozená frekvence.

Každý předmět má nějakou přirozenou frekvenci. Přirozená frekvence typického zavěšení předních kol v automobilovém průmyslu je v rozsahu 10-15 Hz. Tato přirozená frekvence je výsledkem konstrukce zavěšení kol. Přirozená frekvence zavěšení kol je shodná při všech rychlostech vozidla. Se zvyšující se rychlostí pneumatiky při zrychlování vozidla se zvyšuje frekvence rušení vytvářeného pneumatikou. Nakonec se frekvence nevyvážené pneumatiky protne s přirozenou frekvencí zavěšení kol. Tím dojde k vibrování zavěšení kol. Bod protnutí obou frekvencí se nazývá rezonance.

Amplituda vibrací je nejvyšší v bodě rezonance. Přestože vibrace se mohou vyskytovat i při vyšší nebo nižší rychlosti než je problémová rychlost, jsou nejvyšší v bodě rezonance.

Tlumení je schopnost předmětu nebo materiálu rozptylovat nebo absorbovat vibrace. Dobrým příkladem je tlumič nárazů v automobilovém průmyslu. Funkcí tlumiče nárazů je absorbovat nebo tlumit oscilace systému zavěšení kol.

Dvě různá rušení s relativně blízkou frekvencí mohou vést ke stavu nazývanému rázování nebo zázněje. Stav rázových vibrací zvyšuje opakovaně intenzitu nebo amplitudu při konstantní rychlosti vozidla. Tyto rázové vibrace mohou vytvářet známý bručivý zvuk v některých vozidlech.

K rázování dochází sčítáním amplitud dvou vibračních sil. Tyto 2 vibrační síly však mohou své amplitudy rovněž odčítat. Sčítání a odčítání amplitud podobných frekvencí se nazývá rázování. V mnoha případech se eliminací jednoho z rušení napraví daný stav.

Řád vibrací vyjadřuje počet výskytů události, který nastane během 1 otáčky otáčejícího se dílu.

Například pneumatika s 1 vyvýšeným místem by vytvářela rušení jednou za každou otáčku pneumatiky. Takové rušení se nazývá vibrací prvního řádu.

Oválný tvar pneumatiky s 2 vyvýšenými body by vytvářel rušení dvakrát za každou otáčku pneumatiky. Takové rušení se nazývá vibrací druhého řádu. Tři vyvýšené body by vytvářely vibrace třetího řádu atd. Dvě vibrace prvního řádu se mohou sčítat nebo odčítat od celkové amplitudy rušení, ale to je vše. Dvě vibrace prvního řádu nejsou totožné s vibracemi druhého řádu. V důsledku odstředivé síly způsobí nevyvážený komponent vždy minimálně vibrace prvního řádu.