Socurile si vibratiile autovehiculelor

Generalitati

Deplasarea autovehiculelor pe diferite categorii de drumuri si terenuri este insotita de prezenta permanenta a socurilor si vibratiilor. Aceste fenomene se manifesta la nivelul maselor suspendate si nesuspendate ale autovehiculelor. Socurile si vibratiile influenteaza negative confortabilitatea autovehiculelor, integritatea marfurilor transportate, durabilitatea tuturor subansamblelor si ansamblelor, fiabilitatea autovhiculuilui si nu in ultimul rand gradul de oboseala al conducatorilor, respectiv securitatea circulatiei rutiere si a muncii.

Socurile si vibratiile la care sunt supuse autovehiculele au atat cauze interioare cat si exterioare si se manifesta in general prin atat prin influente nocive asupra sanatatii omului (oboseala mare, stare fizica neplacuta), cat si asupra integritatii altor bunuri transportate. De asemenea apar sarcini dinamice mari in toate partile componente ale autovehiculului.

1 Clasificare 

Dupa cauze, socurile si vibratiile pot fi:

-socuri si vibratii determinate de denivelarile si neregularitatile suprafetei drumului sau a terenului, de rafalele de vant, de franarea autovehiculului etc.

-socuri si vibratii provocate de motor, transmisie, directie si sistemul pneu-roata-drum.

Prezinta interes studiul urmatoarelor tipuri de vibratii:

-vibratii libere, care pot fi neamortizate sau amortizate;

-vibratii fortate sau intretinute, care solicita permanent autovehiculele in timpul deplasarii.

Vibratiile din timpul deplasarii:

a)vibratii ale sasiului si croseriei, considerate ca un corp rigid asezat pe suspensia elastica formata din arcuri sau arcuri si pneuri; au caracter de vibratii libere provocate de neregularitatile caii de rulare si actioneaza sub forma de socuri.

b)vibratii de torsiune si incovoiere ale pieselor motorului si subansamblelor transmisiei, determinae de particularitatile constructive si functionale ale motorului, transmisiei, sistemul de rulare si conditiile de deplasare ale autovehiculului, respectiv regimurile de exploatare.

c)vibratii ale motorului, ambreiajului si cutiei de viteze in ansamblu fata de cadrul autovehiculului

d)vibratii de fluturare ale rotilor de directie, evidentiate prin oscilatiile rotilor pe un plan perpendicular pe directia de deplasare; o forma de oscilatii de acest tip este fenomenul de “shimy”, periculos pentru siguranta circulatiei rutiere.

d)vibratii ale scaunelor conducatorilor auto si pasagerilor, rezultat al insumarii factorilor perturbatori externi si interni care se transmit corpului uman prin scaune.

e)oscilatii la autotrenuri

f)vibratii de inalta frecventaa cadrului si caroseriei, consecinta a insumarii efectului  produs de neregularitatile drumului si restul de factori perturbatori

2 Criterii si parametrii pentru pentru aprecierea confortabilitatii autovehiculelor 

Confortabilitatea autovehiculelor se stabileste pe baza efectelor vibratiilor asupra pasagerilor precum si alti factori dintre care: nivelul zgomotului, temperatura si umiditatea aerului din habitaclu,viteza curentilor de aer, pozitia de sedere pe scaun, calitatea suspensiei scaunului etc.

2.1 Efectele vibratiilor asupra omului si criterii de apreciere a acestora

Vibratiile mecanice se resimt asupra corpului uman in urmatoarele moduri:

-asupra intregului corp, prin toata suprafata sa, cand se afla sub efectul undelor sonore din aer;

-asupra intregului corp, prin suprafata de contact cu mediul inconjuator, cand omul sta in picioare, cand sade sau cand este culact;

-asupra unor parti ale corpului, de exemplu asupra mainilor aflate pe volan, sau asupra picioarelor

Vibratiile care actioneaza aupra corpului uman si depasesc limitele de toleranta pot produce:

-jenarea activitatii fizice si intelectuale;

-leziuni ale unor parti ale organismului;

-fenomene subiective.

In momentul de fata, efectele nocive ale vibratiilor asupra corpului uma nu sunt foarte bien determinate, datorita complexitatii fenomenului. Caracterul vibratiilor este mai accentuat daca sunt insotite si de zgomot.

Conform recomandarilor ISO, s-au stabilit urmatoarele criterii de apreciere a efectului nociv  al vibratiilor asupra omului:

-scaderea randamentului de lucru (limita de oboseala)

-pericolul pentru sanatate(pragul nocivitatii)

-limita confortului (pragul de percepere)

3 factori perturbatori care actioneaza asupra autovehiculelor 

3.1 Factori perturbatori exteriori

Factorul perturbator cu actiune continua, determinat de profilul suprafetei drumului sau terenului, are de obicei un caracter aleator. Se considera ca acest factor perturbator are o variatie apropiata de cea periodica.

Profilul suprafetei drumului se caracterizeaza prin lungimea l ,latimea h0 si frecventa neregularitatilor. Cand numarul de neregularitati ale suprafetei drumului este constant pe unitatea de lungime, intensitatea vibratiilor autovhiculelor este determinata de inaltimea h0 a neregularitatilor.

La o forma lina a neregularitatilor, profilul suprafetei drumului poate fi admis sinusoidal (fig. 12.9) si este descris de relatia:

h=h0(1−cos ωt)

2 

unde:

ω=2π vl  pulsatia factorului perturbaor

v−¿viteza autovehiculului

l−¿lungimea neregularitatilor 

Caracterizarea drumurilor se face pe baza datelor statistice, obtinute in urma unor cercetari amanuntite cu privire la profilul suprafetei. Odata cu cresterea gradului de uzura a suprafetei, parametri caracteristici ai drumurilor se modifica. In tabelul 12.3 se regasesc parametrii drumurilor in functie de starea suprafetei. 

 

4. Studiul vibratiilor autovehiculelor pe modele dinamice si matematice

4.1. Model dinamic cu un singur grad de libertate

4.1.1. Vibratii libere

O serie de informatii privind comportarea autovehiculelorla sectiunea factorilor perturbatori pot fi obtinute pe modele dinamice cu o singura masa, respectiv cu un singur grad de libertate, tinandu-se cont de oscilatiile pe directie verticala.

Cel mai simplu model dinamic al unui autovehicul consta dintr-o masa m, rezemata elastic pe un arc elicoidal,cu costanta elastica k liniara, figura 12.22. Prin m se ia in considerare intreaga masa a autovehiculului,iar prin k se are in vedere constanta elastica a suspensiei si a pneurilor. Pozitia z=0 corespunde starii de echilibru static a autovehiculului. Sub actiunea unui impuls vertical, masa m este scoasa din echilibru static:

m z̈+kz=0

5. Vibratii de torsiune in transmisiile autovehiculelor

Din punct de vedere dinamic, transmisia mecanica a unui autovehicul reprezinta un sistem oscilant de mare complexitate. Acest sistem este format din mase inertiale (volanti) in miscare de rotatie, oeste care se suprapun vibratiile de torsiune. Volantii sunt legati intreei prin elemente elastice, cuplaje de frictiune si articulatii cardanice. Se considera in general ca supra legaturilor sistemului actioneaza amortizari vascoase.

Vibratiile de torsiune din transmisie sunt in stransa corelatie cu oscilatiile exterioare ale autovehiculului. Ca umare, studiul amanuntit al vibratiilor de torsiune din transmisie poate fi facut pe modele dinamice complexe, care asigura cuplarea acestora cu oscilatiile exterioare.

studiul vibratiilor de torsiune are drept scop stabilirea pulsatiilor proprii aleacesteia, in vederea evitarii functionarii in zonele de rezonanta si determinarea solicitarilor dinamice induse de acestea in partile componente.