Общая вибрация для автомобилей

Вибрация в автомобиле и экспертиза для установления ее причины.

При движении автомобиля и при работе его узлов и агрегатов возникают вибрации – механические колебания как транспортного средства в целом, так и его отдельных элементов. Отдельные точки автомобиля, или автомобиль целиком при этом совершают возвратно-поступательные и возвратно-вращательные движения. Положение, скорость и ускорение каждой колеблющейся точки периодически изменяются. Появление вибрации в эксплуатации и установление ее причины одно из направлений автотехнической экспертизы. Устранить недостаток в виде вибрации не так просто, как иногда кажется специалистам сервисной станции. Предлагаем небольшой ликбез для тех, кому это может потребоваться в работе. Поехали…

Основные источники вибраций в автомобиле :

Детали и узлы, совершающие вращательные движения (илл.1)

Центр вращения (точка O) таких деталей не абсолютно точно совпадает с центром масс (точка m). При этом возникает сила, направленная от центра F=mRω 2 , где m – масса вращающегося тела, R – расстояние между центром масс и вращения, ω – угловая скорость. Поскольку тело вращается, вектор силы тоже вращается, из-за чего возникают периодически действующие по осям X и Y силы, вызывающие вибрацию по этим осям. Это явление имеет место быть на валах двигателя, трансмиссии, шестернях, колесах (дисбаланс колеса, наверное, известен всем) и п. т. Добиться абсолютной балансировки любой вращающейся детали или узла невозможно – можно лишь уменьшить дисбаланс до того уровня, что позволяют технологии. В большинстве случаев этого оказывается вполне достаточно. И значительная вибрация будет являться признаком неисправности.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания ДВС является источником достаточно интенсивной вибрации. Помимо вращающихся деталей и узлов, описанных в предыдущем пункте, в поршневом двигателе вибрации возникают по следующим причинам:

Поршни двигателя совершают возвратно-поступательные движения и шатуны совершают сложные плоскопараллельные движения. Их скорость и ускорение непрерывно изменяются. На иллюстрации 2 показан график ускорений поршня за один полный оборот коленчатого вала, а на схемах ниже стрелками показаны направления скоростей и ускорений поршня и шатуна при различных углах поворота коленчатого вала. Длинна стрелки пропорциональна величине скорости, либо ускорения. Представленные зависимости справедливы для постоянной частоты вращения коленчатого вала (ω=const). Когда поршень или шатун движутся с ускорением, на двигатель передается сила направленная в противоположную ускорению сторону и численно пропорциональная ускорению и массе ускоряющейся детали: F=m * a . Забегая вперед отметим, что добиться абсолютной балансировки инерционных сил в поршневом ДВС невозможно, но некоторые технические решения, позволяют снизить общие инерционные силы и, соответственно, вибрации. Самое простое – применение противовесов на коленчатом валу. На одноцилиндровых двигателях это позволяет снизить вибрации в вертикальном направлении, но добавляет в боковом. На многоцилиндровых двигателях (иллюстрация 3) инерционные силы от ускорений поршней и шатунов складываются и, в какой-то степени, компенсируют друг друга. В двигателях различных конфигураций (различного числа и расположения цилиндров) степень этой компенсации различна.

Очень хорошие показатели по сбалансированности имеют двигатели конфигураций R6 (рядный 6-цилиндровый), V12. Двигатель конфигурации R4 достаточно уравновешен, как и V8. Двигатели конфигураций V6 и R5 имеют несколько худшие показатели уравновешенности. Но ввиду требований компоновки и унификации двигатели конфигурации V6 получили широкое распространение. Кстати, на коленчатых валах многоцилиндровых двигателей тоже стоят противовесы. Назначение которых – несколько снизить нагрузку коленчатого вала и его опор инерционной силой от ускорений отдельно взятого поршня и шатуна – коленчатый вал не является абсолютно жестким. Существует еще один способ снизить вибрации от инерционных сил – применение балансирных валов. В двигателе устанавливается вал, центр тяжести которого не совпадает с центром вращения (как на илл. 1). Балансирные валы вращаются синхронно с коленчатым валом и создаваемая ими инерционная сила направлена в противоположную сторону от гасимой им инерционной силы. Инерционные силы, возникающие в ДВС, с увеличением частоты вращения коленчатого вала ДВС увеличиваются в квадратичной степени. Заметные вибрации от неуравновешенности двигателя возникают только на достаточно высоких оборотах. На сравнительно тихоходных моделях двигателей конфигураций V6, к примеру, балансирные валы не применяются, а на быстроходных версиях двигателей R4 применяются, хотя при прочих равных R4 более уравновешен, чем V6.

При осуществлении рабочих процессов поршневого двигателя силы, действующие на поршень со стороны газообразной среды в рабочей камере, неравномерны. Как известно, за полный цикл работы поршневого ДВС энергия к поршню подводится лишь на такте рабочего хода, то есть на протяжении половины оборота коленчатого вала за два его полных оборота. Но даже во время такта рабочего хода давление в рабочей камере двигателя подводится неравномерно. На иллюстрации 4 показана диаграмма давлений в рабочей камере цилиндра поршневого двигателя. Синим цветом отмечен участок диаграммы на такте рабочего хода. Передаточная характеристика от поршня к коленчатому валу немного позволяет сгладить неравномерность в начале хода поршня от верхней мертвой точки. Но в общем и целом неравномерность силы, действующей на поршень и неравномерность момента подводимого к коленчатому валу создает весьма заметную вибрацию. Способов снижения данной вибрации в основном два: увеличение момента инерции маховика (массы при сохранении диаметра) и увеличение количества цилиндров. Увеличение момента инерции маховика негативно сказывается на динамике автомобиля – для разгона необходимо раскрутить еще больший маховик. Многоцилиндровые двигатели сложнее и дороже в производстве, по-этому многоцилиндровые двигатели применяются на автомобилях высокого уровня комфорта, а также двигателях больших размеров – судовых, тепловозных, стационарных установок и прочее.

Как видно, полностью избавится от вибраций в поршневом двигателе внутреннего сгорания невозможно. Но можно значительно снизить уровень вибрации передаваемый от двигателя на кузов автомобиля. Это достигается путем закрепления двигателя на кузове не жестко, а через виброизолирующие опоры – подушки двигателя.

Движение по неровной поверхности и колебания на упругих элементах подвесок

Движение автомобиля по неровной поверхности вызывает колебания транспортного средства. Поверхность движения автомобиля не является абсолютно ровной — на ней присутствуют как макро, так и микронеровности. В подвеске автомобиля применяются упругий элемент, благодаря которому при наезде на неровность значительно снижается сила передаваемая на кузов. В тоже время связка из подрессоренной массы автомобиля и упругих элементов подвески представляет собой маятник, который может совершать колебания. Пневматические шины автомобиля также являются упругими элементами. При наезде на неровности малой высоты такая неровность в значительной степени гасится шиной. С точки зрения колебаний, автомобиль за счет упругих элементов подвески и упругих свойств шин может колебаться во всех возможных направлениях, но наибольшие параметры колебаний будут только у двух типов (илл. 5) – вертикальных и продольно-угловых. Причем у транспортных средств с малой колесной базой и большой высоты центра тяжести ярче будут выражены продольно-угловые, а у длинных и низких они будут заметно меньше вертикальных. Для гашения колебаний на упругих элементах подвески в подвеску встраивают также демпфирующий элемент – амортизатор, который препятствует колебанию автомобиля на упругих элементах подвески. Но амортизатор также увеличивает силы, передаваемые на кузов при наезде на неровности. Для обеспечения приемлемых показателей как сил, передаваемых на кузов при наезде на неровности, так и гашения колебаний подрессоренной части автомобиля на упругих элементах подвески характеристику амортизатора делают несимметричной – сила сопротивления на ходе отбоя больше силы сопротивления на ходе сжатия.

Но есть еще одна причина, которая заставляет конструкторов применять более жесткие упругие элементы и амортизаторы – крены кузова при движении автомобиля в повороте. По-этому жесткости упругих элементов подвески и силы сопротивления амортизаторов подбираются таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень комфорта и управляемости.

Источников вибрации в автомобиле достаточно. Но в чем же негативная сторона вибраций с физической точки зрения? Это, во-первых, периодически действующая сила, которая прикладывается к деталям автомобиля, нагружает их. Повышенный уровень вибрации вызывает дополнительное нагружение деталей, сокращение их ресурса, а в некоторых случаях и разрушение. Периодически действующая сила может привести к усталостному разрушению, так как происходит многократное нагружение деталей. Ускорение, действующее на пассажиров и груз для них также не полезно, так как вызывает силу, догружающую их.

Во-вторых, существует такое физическое явление, как резонанс, при котором имеет место быть значительное увеличение амплитуды колебаний колебательной системы, если присутствует источник вибрации с частотой близкой к частоте собственных колебаний системы. Простейший пример резонанса механических колебаний – качели. Заметьте, амплитуда колебаний качелей (отклонение их от равновесия) будет расти только в том случае, если их качать с определенной частотой. Попробуйте их покачать слишком быстро или слишком медленно – ничего не выйдет. По сути все детали и сборочные единицы являются колебательными системами, разница только в параметрах колебаний. Качели колеблются с малой частотой, струна скрипки – со значительно большей. Даже лежащий без дела болт тоже колебательная система – есть масса, материал обладает упругими свойствами. Только частоты, при которых болт будет периодически удилиняться-укорачиваться или его шляпка будет шевелится из стороны в сторону лежат в области ультразвука и амплитуды его колебаний будут иметь сверхмалый линейный размер. Но многие компоненты автомобиля имеют собственные частоты колебаний близкие к частотам на которых вибрирует двигатель. Можно вспомнить много случаев из практики. Вот один из них: при вращении двигателя с частотой около 2500-3000 об/мин панель салона вибрировала и издавала дребезжащий звук. Причина вибрации – отсутствие крепления в одном из предусмотренных мест. Причина дребезжания – периодические удары панели о место крепления.

Испытания любой техники проводят, в том числе и для того, чтобы выявить возможные колебания элементов по причине резонанса. Расчетным путем просчитать на резонанс все не представляется возможным даже для современных вычислительных средств.

При воздействии вибрации на человека происходит тоже самое – возможен резонанс с органами человека. По-этому действующие стандарты в области безопасности труда регламентируют вибрационные ускорения в зависимости от их частоты. Наиболее жесткие требования к вибрациям с частотой около 10 Гц – близко к этой частоте находятся резонансные частоты внутренних органов. Говоря проще – если в автомобиле имеет место быть вибрация кузова с частотой 10 Гц, то органы людей, находящихся в автомобиле входят в резонанс и колеблются, что не только дискомфортно, но и опасно для здоровья и жизни.

Вибрационные испытания являются непростой задачей. Они требуют специального оборудования. При обработке результатов требуется привлечение достаточно сложного математического аппарата. Специалисты «Априори-Эксперт» обладают оборудованием и специальными познаниями, необходимыми для проведения вибрационных исследований как в рамках диагностики неисправностей ТС, так и судебной автотехнической экспертизы.

Специалист Александр (ник на форуме Sancho )

Источник статьи: http://apriori-expert.com/node/94

Вибрации автомобиля: признаки, причины и решение проблемы

Любой легковой автомобиль типа седана или универсала, а также грузовое транспортное средство представляют собой сложный механизм, состоящий из огромного количества вращающихся компонентов. В случае износа или повреждения эти компоненты в какой-то момент начинают вращаться недостаточно плавно, что зачастую приводит к появлению вибраций и движению автомобиля рывками.

Вибрации могут ощущаться при следующих обстоятельствах:

• во время работы двигателя в режиме холостого хода;
• во время движения;
• во время ускорения;
• во время торможения.

Давайте рассмотрим основные причины появления вибраций и выясним, можно ли устранить проблему самостоятельно или же лучше обратиться за помощью к квалифицированному механику.

Вибрации во время работы двигателя в режиме холостого хода

В случае запуска двигателя и его работы на холостом ходу запускаются все движущиеся компоненты, находящиеся внутри и снаружи двигателя. Если вибрации появляются именно на этом этапе, можно сократить список возможных причин и проверить только те, что связаны непосредственно с двигателем. Ниже приведены некоторые из них.

Неудовлетворительное состояние свечей зажигания

Только при условии отличного состояния свечей зажигания происходит своевременное образование искры, необходимой для воспламенения воздушно-топливной смеси, что, по сути, обеспечивает движение автомобиля. Если свечи загрязнены или изношены, они не способны полноценно выполнять свою функцию. Когда это происходит, появляются ощутимые вибрации автомобиля при работе двигателя вхолостую.

После включения передачи также вполне вероятно появление вибраций и снижения мощности двигателя. При этом может включиться индикатор Check engine («Проверьте двигатель»), поскольку неполное сгорание топлива приводит к повышению уровня выбросов. Кроме того, причиной могут стать поврежденные, изношенные или неправильно подсоединенные провода свечей зажигания.

Решение: у современных свечей зажигания очень долгий срок службы, но они все равно не могут работать вечно. Если придерживаться рекомендованных производителем интервалов замены свечей, все будет в порядке, но нелишним будет попросить механика проверить состояние свечей и их проводов. Очистка свечей зажигания способна решить проблему, но новые свечи стоят не так уж и много, поэтому очистка старых свечей даже может обойтись дороже, чем их замена.

Засоренный воздушный фильтр

Для надлежащего сгорания топлива в двигателе обязательно наличие в нем кислорода. В случае засорения воздушного фильтра снижается объем подаваемого в двигатель воздуха. Более того, это может сказаться на количестве поступающего в цилиндры топлива, поскольку расход топлива зависит от количества подаваемого воздуха. Чем меньший объем воздуха, тем меньший объем топлива. В результате автомобиль начинает дергаться по простой причине – из-за недостатка воздушно-топливной смеси в двигателе.

Решение: установка нового воздушного фильтра, который не потребует больших денежных затрат. Процедура замены достаточно проста, но, если вы не уверены, что сможете справиться самостоятельно, обратитесь за помощью к автомеханику.

Засоренный топливный фильтр

Засоренный фильтр ограничивает или полностью блокирует подачу топлива в двигатель, что тоже может привести к тряске двигателя.

Решение: замена топливного фильтра. Не имея опыта работы с топливными магистралями, позвольте сделать это квалифицированному механику. Если замена фильтра не решит проблему, механик проверит топливный насос и топливные форсунки.

Поврежденные вакуумные шланги и их соединения

Конструкция любого двигателя автомобиля предполагает наличие нескольких вакуумных шлангов. В случае разрыва, растрескивания, износа шлангов или ослабления их соединений двигатель может начать вибрировать, глохнуть или в нем могут происходить пропуски зажигания. При этом также может включиться индикатор Check engine («Проверьте двигатель»).

Решение: замена поврежденных шлангов и проверка надежности их соединений. Любой механик с легкостью решит эту проблему.

Неисправный ремень ГРМ

Ремень ГРМ отвечает за надлежащую синхронизацию впускных и выпускных клапанов с движением поршней. Когда все работает надлежащим образом, двигатель работает очень плавно. Изношенный ремень ГРМ может проскальзывать, нарушая точную калибровку. Это может привести не только к вибрированию двигателя, но и к серьезному повреждению его внутренних компонентов (это зависит от конструкции двигателя).

Решение: следует немедленно доставить автомобиль в автомастерскую. Если вы подозреваете, что проблема возникла именно с ремнем ГРМ, можно прибегнуть к буксировке автомобиля. Сначала желательно связаться с механиком по телефону и объяснить ситуацию, чтобы получить от него рекомендации по доставке автомобиля.

Поврежденная опора двигателя

Между двигателем и кузовом автомобиля расположена специальная опора. Этот компонент не только обеспечивает крепление двигателя в автомобиле, но и поглощает вибрации двигателя, тем самым предотвращая их передачу на кузов. Благодаря этому в салоне не ощущается никаких вибраций.

Поврежденная, сломанная или изношенная опора двигателя становится неспособной выполнять эти две основные функции, в результате чего вибрации двигателя явственно ощущаются в салоне. Вибрации на холостом ходу могут быть сильнее, а при выборе передачи парковки или нейтрали могут стать слабее. В крайнем случае двигатель может сорваться с опоры, что чревато самыми серьезными последствиями.

Решение: немедленно доставьте автомобиль в автомастерскую. Эту проблему нужно решать быстро, иначе она может обойтись слишком дорого.

Проблемы, связанные с двигателем, могут возникать и во время движения

Вибрирование двигателя может наблюдаться не только во время его работы в режиме холостого хода, но и при управлении автомобилем. На самом деле, вибрации двигателя могут становиться громче и интенсивнее во время ускорения и движения как по улицам города, так и по автомагистрали.

Источник статьи: http://okuzove.ru/poleznye-stati/vibracii-avtomobilya-priznaki-prichiny-i-reshenie-problemy.html