Captiva

Teoria şi terminologia vibraţiei

Necesităţile de construcţie şi de proiectare ale vehiculelor au trecut prin schimbări drastice în ultimii ani.

Vehiculele sunt mai rigide şi asigură o mai mare izolaţie faţă de datele de intrare ale suprafeţei de rulare decât înainte. Structurile vehiculelor mai rigide ale prezentului sunt mai puţin susceptibile la multe dintre vibraţiile care ar fi putut fi prezente în vehiculele de construcţii anterioare; totuşi, vibraţiile pot fi în continuare detectate într-un vehicul mai modern dacă se creează o cale de transfer între o componentă în mişcare de rotaţie şi carcasa vehiculului.

În multe dintre vehiculele de astăzi nu există atât de multe puncte de izolaţie faţă de suprafaţa de rulare. Dacă o componentă produce o vibraţie suficient de puternică, aceasta poate învinge izolaţia existentă, caz în care este necesară repararea sau înlocuirea componentei.

Prezenţa/absenţa unor zgomote nedorite şi vibraţii este legată de percepţia pe care o are clientul faţă de calitatea globală a vehiculului.

Vibraţia reprezintă mişcarea repetitivă a unui obiect, înainte şi înapoi sau în sus şi în jos. Următoarele componente cauzează cele mai multe vibraţii ale unui vehicul:

Componentele aflate în rotaţie vor cauza vibraţii atunci când este prezent un dezechilibru sau o bătaie evidente. La diagnosticarea vibraţiilor, valoarea admisă pentru dezechilibru sau bătaie trebuie considerată ca TOLERANŢĂ şi nu ca SPECIFICAŢIE. În alte cuvinte, cu cât dezechilibrul sau bătaia este mai mică, cu atât mai bine.

Componentele rotative vor determina o problemă de vibraţii atunci când nu sunt corect izolate de habitaclu: Impulsurile determinate de detonaţiile motorului pot fi detectate ca vibraţii în cazul în care un soclu al motorului este căzut.

O componentă care vibrează operează la o viteză constantă (km/h, mph sau RPM). Măsuraţi rata vibraţiei în chestiune. Când turaţia/viteza este determinată, corelaţi vibraţia cu o componentă care lucrează la o turaţie/viteză egală pentru a stabili cu exactitate sursa. De asemenea, vibraţiile au tendinţa de a se transmite prin structura carcasei la alte componente. Ca atare, simplul fapt că un scaun vibrează nu înseamnă că sursa vibraţiilor se află în acesta.

Vibraţiile constau din următoarele trei elemente:

În imaginea precedentă, sursa este pneul neechilibrat. Calea de transfer o reprezintă traseul pe care îl parcurg vibraţiile prin sistemul de suspensie al vehiculului şi prin coloana de direcţie. Răspunzătorul este volanul, pe care clientul îl simte că vibrează. De regulă, eliminarea oricăruia din aceste trei elemente va determina remedierea problemei. Din informaţiile adunate, decideţi care element este cel mai logic să fie supus reparaţiilor. Adăugarea unui suport la coloana de direcţie poate feri volanul de vibraţii, dar aceasta nu reprezintă o soluţie practică. Reparaţia cea mai directă şi mai eficientă constă din echilibrarea adecvată a pneului.

De asemenea, vibraţiile pot produce zgomot. Ca exemplu, consideraţi un vehicul care are o ţeavă de eşapament legată pe cadru. Sursa de vibraţii o reprezintă impulsurile de ardere din motor, care trec prin ţeava de eşapament. Calea de transfer o reprezintă un inel de suspensie legat la masă sau suspendat. Răspunzătorul este cadrul. Panoul podelei vibrează, acţionând ca un difuzor mare, care produce zgomot. Cea mai bună reparaţie constă din eliminarea căii de transfer. Alinierea sistemului de evacuare şi corectarea legării la cadru ar putea elimina calea de transfer.

Următoarele reprezintă două componente primare ale diagnosticului de vibraţii:

Mişcarea repetată, în sus şi în jos, respectiv înainte şi înapoi, a unei componente poate fi cauza majorităţii reclamaţiilor clienţilor legate de vibraţii. Următoarele sunt componente comune care vibrează:

Diagnosticul de vibraţii implică următoarea structură simplă:

1. Măsuraţi mişcarea repetitivă şi atribuiţi o valoare exprimată în cicluri pe secundă sau cicluri pe minut.
2. Stabiliţi o corelaţie între frecvenţă şi viteza de rotaţie a unei componente care funcţionează la aceeaşi turaţie sau viteză.
3. Inspectaţi şi testaţi componentele pentru a determina cauzele vibraţiei.

De exemplu, parcurgerea paşilor următori va contribui la demonstrarea teoriei vibraţiei:

1. Prindeţi o riglă gradată de marginea unei mese, lăsând cam 50 cm (20 in) deasupra marginii mesei.
2. Trageţi de marginea riglei în jos şi eliberaţi-o, observând mişcarea acesteia.

Mişcarea riglei se produce în cicluri care se repetă. Ciclul începe în punctul central, continuă spre extrema inferioară a cursei, apoi revine dincolo de punctul central, spre limita superioară a cursei, iar apoi din nou la punctul central, de unde ciclul reîncepe.

Ciclul se produce iarăşi şi iarăşi, la aceeaşi frecvenţă. În acest caz, circa 10 cicluri pe secundă. Dacă măsurăm frecvenţa pentru a reflecta numărul complet de cicluri pe care rigla l-a parcurs într-un minut, valoarea va fi 10 cicluri x 60 de secunde = 600 de cicluri pe minut (cpm).

De asemenea, am descoperit o anumită cantitate de mişcare, sau amplitudine, în cursa totală a riglei de la capătul superior la cel inferior. Reluaţi experimentul după cum urmează:

1. Prindeţi din nou rigla gradată de marginea unei mese, lăsând cam 25 cm (10 in) deasupra marginii mesei.
2. Trageţi de marginea riglei în jos şi eliberaţi-o, observând mişcarea acesteia.

Rigla vibrează la o frecvenţă mult mai mare: 30 de cicluri pe secundă (1800 cicluri pe minut).

Cuvântul ciclu provine de la aceeaşi rădăcină ca şi cuvântul cerc. Un cerc începe şi se termină în acelaşi punct, ca şi un ciclu. Toate vibraţiile sunt formate din cicluri repetitive.

Frecvenţa este definită ca fiind viteza cu care se produce un eveniment, pe o durată de timp dată. La o vibraţie, evenimentul este un ciclu şi perioada de timp este de 1 secundă. Astfel, frecvenţa este exprimată în cicluri pe secundă.

Termenul corect pentru cicluri pe secundă este Hertz (Hz). Aceasta este metoda cea mai comună de măsurare a frecvenţei. Înmulţiţi valoarea în Hz cu 60 pentru a măsura numărul de cicluri sau de rotaţii pe minut (RPM).

Amplitudinea este valoarea maximă a unei cantităţi care variază periodic. Utilizată în diagnosticarea vibraţiilor, o denumim magnitudinea perturbaţiei. O perturbaţie severă va avea o amplitudine ridicată; o perturbaţie minoră va avea o amplitudine redusă.

Amplitudinea se măsoară prin cantitatea de mişcare propriu-zisă sau de deplasare. De exemplu, să considerăm vibraţia produsă de o roată neechilibrată la 80 km/h (50 mph) faţă de cea produsă la 40 km/h (25 mph). Amplitudinea creşte o dată cu viteza.

Vibraţiile libere reprezintă vibraţia continuată în absenţa oricărei forţe din exterior. În exemplul cu rigla, aceasta a continuat să vibreze chiar şi după eliberarea capătului.

Vibraţia forţată este atunci când un obiect vibrează continuu, ca rezultat al unei forţe exterioare.

Un obiect neechilibrat care se învârte generează o forţă centrifugă. Parcurgerea etapelor următoare va contribui la demonstrarea forţei centrifuge:

1. Legaţi o piuliţă de o sfoară.
2. Ţineţi de sfoară. Piuliţa atârnă vertical, datorită gravităţii.
3. Învârtiţi sfoara. Piuliţa se va învârti în cerc.

Forţa centrifugă încearcă să determine piuliţa să se deplaseze spre exterior, cauzând senzaţia de tragere pe care o simţiţi în mână. Un pneu neechilibrat urmează acelaşi exemplu. Piuliţa reprezintă dezechilibrul din pneu. Sfoara este ansamblul format din pneu, roată şi suspensie. Pe măsură ce viteze vehiculului creşte, forţa perturbatoare a pneului neechilibrat se poate simţi în volan, scaun şi podea. Această perturbaţie va fi repetitivă (Hz) şi amplitudinea va creşte. La viteze mai ridicate, vor creşte atât amplitudinea, cât şi frecvenţa. Când pneul se roteşte, dezechilibrul, sau forţa centrifugă, va ridica alternativ pneul şi apoi îl va forţa în jos, o dată cu arborele, la fiecare rotaţie a pneului.

Frecvenţa naturală este frecvenţa la care obiectele au tendinţa de a vibra. Clopotele, corzile unei ghitare şi diapazoanele sunt toate exemple de obiecte care au tendinţa de a vibra la anumite frecvenţe atunci când sunt excitate de o forţă externă.

Sistemele de suspensie şi chiar motoarele cu montaj a tendinţa de a vibra la anumite frecvenţe. Iată de ce unele probleme de vibraţii se produc numai la anumite viteze ale vehiculului sau la anumite turaţii ale motorului.

Rigiditatea şi frecvenţa naturală a unui material sunt corelate. În general, cu cât materialul este mai rigid, cu atât frecvenţa naturală este mai mare. Reciproca acestei afirmaţii este de asemenea adevărată. Cu cât un material este mai moale, cu atât frecvenţa naturală este mai redusă. Invers, cu cât masa este mai mare, cu atât frecvenţa naturală este mai redusă.

Toate obiectele au frecvenţe naturale. Frecvenţa naturală a unei suspensii faţă de autovehicul obişnuite se află în intervalul 10-15 Hz. Această frecvenţă naturală este rezultatul construcţiei suspensiei. Frecvenţa naturală a suspensiei este constantă indiferent de viteza vehiculului. Pe măsură ce viteza pneului creşte, o dată cu viteza vehiculului, perturbaţia creată de pneu creşte în frecvenţă. În cele din urmă, frecvenţa pneului neechilibrat se va intersecta cu frecvenţa naturală a suspensiei. Aceasta determină suspensia să vibreze. Punctul de intersecţie se numeşte rezonanţă.

Amplitudinea unei vibraţii va fi maximă în punctul de rezonanţă. Deşi vibraţia poate fi simţită deasupra şi sub viteza cu probleme, vibraţia este cel mai bine percepută la punctul de rezonanţă.

Amortizarea este capacitatea unui obiect sau a unui material de a disipa sau de a absorbi vibraţia. Amortizorul auto este un bun exemplu. Funcţia amortizorului constă din absorbţia sau atenuarea oscilaţiilor sistemului de suspensie.

Două perturbaţii separate care sunt relativ apropiate în frecvenţă vor duce la condiţie denumită b bătaie sau fazare. O vibraţie de bătaie va creşte în intensitate sau amplitudine într-o manieră repetitivă, în timp ce vehiculul se deplasează la viteză constantă. Această vibraţie de bătaie poate produce un bâzâit cunoscut, care se aude în unele vehicule.

Bătaia se produce atunci când două forţe vibratoare se completează una pe alta ca amplitudine. Totuşi, două forţe vibratoare pot scădea una din amplitudinea celeilalte. Adăugarea şi scăderea amplitudinilor la frecvenţe similare se numeşte bătaie. În multe situaţii, eliminarea oricăreia dintre perturbaţii poate corecta problema.

Ordinea se referă la numărul de evenimente produse pe durata unei rotaţii a unei componente.

De exemplu, o anvelopă cu un punct proeminent va crea o perturbaţie o dată la fiecare rotaţie a anvelopei. Aceasta se numeşte vibraţie de ordinul I.

O anvelopă de formă ovală, cu 2 puncte proeminente, va crea două perturbaţii la fiecare rotaţie. Aceasta se numeşte vibraţie de ordinul II. Trei puncte proeminente vor crea o perturbaţie de ordinul III etc. Două vibraţii de ordinul I pot mări sau micşora amplitudinea globală a perturbaţiei, dar asta este tot. Două vibraţii de ordinul I nu sunt egale cu o vibraţie de ordinul II. Datorită forţei centrifuge, o componentă neechilibrată va crea mereu o vibraţie de ordinul I.