Captiva

Rezgés elmélete és terminológiája

Az elmúlt néhány évben a járművek formatervezési és kialakítási követelményei drasztikus változásokon mentek keresztül.

A járművek a korábbiaknál merevebbek és az útfelület behatásaitól nagyobb elszigeteltséget biztosítanak. A mai merevebb kialakítású járművek szerkezete kevésbé hajlamos sok olyan vibrációra, ami a korábbi formatervezésű járműveken jelen volt, mégis, egy modernebb járműben is észlelhető a vibráció, ha a forgó alkatrész és a jármű karosszériája között kialakul egy átviteli útvonal.

Manapság számos járműben nincs olyan sok, az úttól elszigetelő pont. Ha egy alkatrész elég erős vibrációt okoz, a fennálló elszigetelést elnyomhatja, ezért az alkatrészt ki kell javítani vagy cserélni.

A nem kívánt zaj és vibráció jelenléte/hiánya hozzájárul a jármű átfogó minőségének az ügyfél általi megítéléséhez.

A vibráció egy tárgy előre-hátra vagy fel-le ismétlődő mozgása. A legtöbb járműben a következő alkatrészek okozzák a vibrációt:

A forgó alkatrészek akkor okoznak vibrációt, ha túlzott kiegyensúlyozatlanság vagy ütés van jelen rajtuk. A rezgésdiagnosztika során a megengedett kiegyensúlyozatlanságot vagy ütést TŰRÉSNEK és nem JELLEMZŐNEK kell tekinteni. Más szóval, minél kisebb a kiegyensúlyozatlanság vagy ütés, annál jobb.

Ha a forgó alkatrészek nincsenek megfelelő elszigetelve az utastértől, vibrálást okoznak. Ha egy motorfelfogó szétesik, a motor gyújtóimpulzusok rezgésként észlelhetők.

A vibráló alkatrész állandó rátával mozog (km/h, mph vagy ford/perc). Mérje meg a szóban forgó vibráció rátáját. Amikor a rátát/sebességet meghatározta, a forrásának megállapításához kapcsolja a vibrációt ahhoz az alkatrészhez, amely ezzel megegyező rátával/sebességgel működik. A vibrációk a karosszéria szerkezetén át általában más alkatrészekhez is átterjednek. Ily módon, csak azért, mert egy ülés vibrál, nem biztos, hogy a vibráció forrása az ülésben van.

A vibrációk a következő három elemből tevődnek össze:

Az előző példában a forrás egy kiegyensúlyozatlan kerék. Az átviteli út az az út, amelyet a vibráció a gépjármű felfüggesztő rendszerén keresztül a kormányoszlopig megtesz. A fogadó a kormánykerék, amelynek vibrációjára panaszkodik az ügyfél. A három elem egyikének kiküszöbölése általában megoldja a problémát. Az összegyűjtött információk alapján döntse el, hogy melyik elem javítása a leginkább kézenfekvő. Egy bilincs hozzáadása a kormányoszlophoz megakadályozhatja a kormánykerék vibrációját, de egy bilincs hozzáadása nem praktikus megoldás. A legközvetlenebb és leghatékonyabb javítás a kerék kiegyensúlyozása lenne.

A vibráció zajt is okozhat. Például, vegyünk egy járművet, ahol a kipufogócső az alvázkerethez ér. A vibráció forrása a motor gyújtási impulzusai, amelyek a kipufogón át haladnak. Az átviteli útvonal egy érintkező vagy odaragadt kipufogó-függesztő. A fogadó az alvázkeret. A padlólemez vibrál, egy nagy hangszóróként viselkedve, és zajt hoz létre. A legjobb javítási mód az átviteli útvonal kiküszöbölése lenne. A kipufogórendszer beállítása és a keret érintkezési problémájának kijavítása kiküszöbölné az átviteli útvonalat.

A következők a vibrációs diagnosztika 2 legfontosabb összetevői:

A legtöbb, ügyféltől érkező vibrációs panaszt egy alkatrész ismétlődő fel-le vagy előre-hátra mozgása okozza. A leggyakrabban vibráló alkatrészek a következők:

A vibrációs diagnosztika a következő egyszerű folyamatot jelenti:

1. Mérje meg az ismétlődő mozgást és jelöljön ki egy értéket a mérésnek, pl. másodpercenkénti vagy percenkénti ciklus.
2. Vezesse vissza a frekvenciát egy olyan forgó alkatrész sebességére, ami ugyanazzal a rátával vagy sebességgel működik.
3. Vizsgálja meg és tesztelje az alkatrészeket vibrációt okozó állapotokat keresve.

Például, a következő lépések végrehajtásával demonstrálható a vibrációs elmélet:

1. Rögzítsen egy vonalzót egy asztal széléhez oly módon, hogy körülbelül 50 cm-t (20 in) túlnyúljon az asztal szélén.
2. Húzza le a vonalzó szélét, majd engedje el azt, és figyelje meg a vonalzó mozgását.

A vonalzó mozgása ismétlődő ciklusokból áll. A ciklus középen kezdődik, végighalad a mozgás legalsó pontjáig, majd vissza a középen át, egészen a mozgás legfelső pontjáig, onnan pedig vissza a középig, ahol a ciklus újrakezdődik.

A ciklus újra és újra ugyanazzal a rátával vagy frekvenciával ismétlődik. Ebben az esetben ez másodpercenként kb. 10 ciklus. Ha megmérjük a frekvenciát, a vonalzó által egy perc alatt megtett teljes ciklusok számának meghatározására, a mérés eredménye 10 ciklus x 60 másodperc = 600 ciklus/perc (cpm) lesz.

Ezzel megtaláltuk a konkrét mozgási mennyiséget, vagy amplitúdót is, a vonalzó teljes útját a legfelső ponttól a legalsó pontig. Most ismételje meg a kísérletet a következők szerint:

1. Rögzítse újra a vonalzót egy asztal széléhez oly módon, hogy körülbelül 25 cm-t (10 in) túlnyúljon az asztal szélén.
2. Húzza le a vonalzó szélét, majd engedje el azt, és figyelje meg a vonalzó mozgását.

A vonalzó most sokkal gyorsabb frekvenciával vibrál: 30 ciklus másodpercenként (1.800 ciklus percenként).

A "ciklus" szó a "cirkum", azaz kör tőből származik. Egy kör ugyanabban a pontban kezdődik és végződik, így tesz meg egy ciklust. Az összes vibráció ismétlődő ciklusokból áll.

Frekvenciának nevezzük azt a rátát, amellyel egy esemény bekövetkezik egy adott mennyiségű idő alatt. A vibráció esetében az esemény a ciklus, az időtartam pedig 1 másodperc. Így, a frekvencia másodpercenkénti ciklusokban van kifejezve.

A másodpercenkénti ciklus helyes elnevezése a Hertz (Hz). A frekvencia mérésének ez a leggyakoribb módja. Ha a Hertz értékét megszorozza 60-nal, megkapja a percenkénti ciklus- vagy fordulatszámot (ford/perc).

Az amplitúdó egy időszakosan változó mennyiség maximális értéke. A vibrációs diagnosztikában ezzel jelöljük a zavar nagyságát. A súlyos zavar nagy amplitúdóra utal, a kis mértékű zavar kis amplitúdót jelent.

Az amplitúdó meghatározása a tulajdonképpeni mozgás, vagy elmozdulás mérésével történik. Például, vegyük egy kiegyensúlyozatlan kerék által okozott vibrációt 80 km/h (50 mph) sebesség mellett, 40 km/h (25 mph) sebesség ellenében. A sebesség növelésével az amplitúdó is megnő.

A szabad vibráció olyan folyamatos vibráció, ami külső erőhatás nélkül zajlik. A vonalzós példában, a vonalzó akkor is mozgott, amikor a végét már elengedte.

A kényszerített vibráció akkor jön létre, ha egy alkatrész folyamatosan vibrál, valamilyen külső erő hatására.

Egy kiegyensúlyozatlanul forgó tárgy centrifugális erőt hoz létre. A centrifugális erő bemutatásához hajtsa végre a következő lépéseket:

1. Kötözzön egy csavaranyát egy vezetékre.
2. Tartsa meg a vezetéket. Az anya függőlegesen lóg, a gravitáció miatt.
3. Forgassa meg a vezetéket. Az anya körben kezd forogni.

A centrifugális erő miatt az anya kifelé akar repülni, ezt a húzást érzi a kezével. A kiegyensúlyozatlan kerék hasonló módon működik. Az anya a kerék kiegyensúlyozatlansága. A vezeték a kerék és a felfüggesztési szerkezet. A jármű sebességének növekedésével, a kiegyensúlyozatlan kerék zavaró ereje a kormánykeréken, az ülésen és a padlólemezen érezhető. A zavaró hatás ismétlődő (Hz) és az amplitúdó is megnő. Nagyobb sebességen mind a frekvencia, mind az amplitúdó megnő. A kerék forgásával a kiegyensúlyozatlanság, vagy centrifugális erő felváltva felemeli, majd lefelé nyomja a kereket az orsó mentén, egy alkalommal a kerék minden egyes fordulata alatt.

A természetes frekvencia az a frekvencia, amellyel egy tárgy általában vibrál. A haragok, gitárhúrok vagy hangolóvillák mind olyan tárgyak, amelyek külső erő hatására adott frekvencián vibrálnak.

A felfüggesztési rendszerek, sőt, még a motor-felfüggesztések között a motorok is, általában egy adott frekvencián vibrálnak. Ezért van az, hogy egyes vibrációs panaszok csak bizonyos járműsebesség vagy motor-fordulatszám esetén jelentkeznek.

Egy anyag merevsége és természetes frekvenciája között kapcsolat van. Általában véve, minél merevebb egy anyag, annál nagyobb a természetes frekvenciája. Ennek az ellenkezője is igaz. Minél puhább egy anyag, annál kisebb a természetes frekvenciája. Fordítva is igaz, minél nagyobb a tömeg, annál kisebb a természetes frekvencia.

Minden tárgy rendelkezik természetes frekvenciával. Egy autóban az első felfüggesztés jellemző természetes frekvenciája a 10-15 Hz tartományban mozog. Ez a természetes frekvencia a felfüggesztés kialakítása révén jött létre. A felfüggesztés természetes frekvenciája minden gépjármű sebességnél azonos. Ahogy a kerék sebessége megnő a jármű sebességével együtt, a kerék által keltett zavar megnöveli a frekvenciát. Végül, a kiegyensúlyozatlan kerék frekvenciája keresztezi a felfüggesztés természetes frekvenciáját. Emiatt vibrál a felfüggesztés. A keresztezési pontot nevezzük rezonanciának.

A vibráció amplitúdója a rezonanciapontnál a legnagyobb. Míg a vibráció a problémás sebesség alatt vagy felett is érezhető, a legjobban a rezonanciapontnál érezhető.

A csillapítás egy tárgy vagy anyag azon képessége, amellyel feloldja vagy elnyeli a vibrációt. Erre jó példa az autóipari lengéscsillapító. A lengéscsillapító funkciója, hogy elnyelje vagy csillapítsa a felfüggesztési rendszer oszcillációit.

Két külön zavar, amely viszonylag hasonló frekvenciával működik, az ütés vagy fáziseltolódás nevű jelenséget okozza. Az ütő vibráció intenzitása vagy amplitúdója megnő, és ismétlődővé válik, ha a jármű állandó sebességgel halad. Ez az ütő vibráció okozza az egyes járművekben hallható, ismerős búgó hangot.

Az ütés akkor következik be, ha 2 vibráló erő egymás amplitúdóját növeli. Ugyanakkor 2 vibráló erő csökkentheti is egymás amplitúdóját. A hasonló frekvenciájú amplitúdók összeadódását vagy egymásból való kivonását nevezzük ütésnek. Sok esetben a zavarok egyikének kiküszöbölése megszünteti a problémát.

A "rend" azt jelöli, hogy egy esemény egy forgó alkatrész 1 fordulata közben hányszor következik be.

Például, egy kerék, amelyen 1 kitüremkedés van, a kerék minden fordulatánál egyszer okoz zavart. Ezt elsőrendű vibrációnak nevezzük.

Egy ovális kerék, amelyen 2 kitüremkedés van, fordulatonként kétszer okoz zavart. Ezt másodrendű vibrációnak nevezzük. Három kitüremkedés lenne a harmadrendű vibráció, és így tovább. Két elsőrendű vibráció a zavar összeadódhat vagy kivonódhat a zavar teljes amplitúdójával összefüggésben, de mindössze ennyi történik. Két elsőrendű rezgés nem egyenlő egy másodrendűvel. Centrifugális erő hatására egy kiegyensúlyozatlan alkatrész mindig legalább elsőrendű rezgést hoz létre.