УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТА ИСПЫТАНИЙ ТИПА ЛОКАЛЬНОЙ ВИБРИРУЮЩЕЙ ЗОНЫ ПОВЕРХНОСТИ КОРПУСНОЙ ДЕТАЛИ АГРЕГАТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области исследовательских работ по акустической доводке транспортных средств.
Весьма актуальной является задача разработки транспортных средств с высоким виброакустическим комфортом на рабочем месте водителя, что связано с его возможным утомлением от воздействия высоких шумов и вибраций и, в конечном итоге, с безопасностью эксплуатации транспортного средства. Данная проблема актуальная и для пассажирских отделений транспортных средств с целью обеспечения в них высокого виброакустического комфорта, создания повышенных потребительских свойств и конкурентоспособности.
Одними из доминирующих путей передачи шумовой энергии в кабину (пассажирский салон) транспортного средства являются многочисленные коммуникационные связи между пространством кабины (пассажирского салона) и моторным отсеком или другим пространством вне кабины (пассажирского салона), в котором находится шумовиброактивный агрегат или система, связанная с кабиной (пассажирским салоном) конкретной коммуникационной связью в виде жестких структурных вибрирующих элементов (тяг, рычагов, вилок, коромысел, кабелей, трубопроводов, шлангов) или же воздушных каналов типа зазоров, образованных коммуникационными узлами и системами в стенке кабины, либо негерметичных элементов уплотнителей, чехлов, экранов со слабой звукоизоляцией, относительно легко, без существенного ослабления, передающих шумовую энергию в кабину (пассажирский салон) воздушным путем от шумоактивных агрегатов и систем транспортного средства. Зонами таких коммуникационных связей, транспортирующих вибрационную и шумовую энергию в кабину (пассажирский салон) транспортного средства, например, легкового автомобиля, являются, в первую очередь, панель щитка передка кузова в зонах прохождения рулевого вала, педалей управления дроссельной заслонкой, тормозами, сцеплением, рычага переключения передач (в зоне отверстия в тоннеле пола кузова). Наиболее эффективным путем ослабления передачи шума в кабину (пассажирский салон) или же во внешнюю окружающую среду (проблема внешнего шума транспортных средств, как наиболее агрессивного источника акустического загрязнения окружающей среды в населенных пунктах) является разработка конструктивных мер, подавляющих шумовое излучение непосредственно в источниках их генерирования (т.е. непосредственно в шумоакгивных системах и агрегатах транспортного средства). Непосредственными излучателями интенсивной шумовой энергии транспортных средств, кроме системы газообмена (газодинамического шума системы впуска в процессах наполнения цилиндров и системы выпуска отработавших газов в процессах выпуска отработавших газов) двигателя внутреннего сгорания, служащего его основной энергетической установкой, являются корпусные (картерные) детали двигателя и трансмиссионных узлов, излучающие структурный шум, т.е. шум генерируемый вибрирующими стенками корпусных (картерных) деталей. В связи с этим, возникают многочисленные актуальные проблемы оптимизации механо-акустических характеристик корпусных деталей с тем, чтобы обеспечить минимальное звуковое излучение от внешних вибрирующих стенок этих деталей. Проведением же объективных качественных и количественных экспериментальных оценок изменения акустических качеств различных доработанных вариантов конструкций агрегатов двигателя и трансмиссии затруднено наличием высокого уровня шумового фона в точке измерений (в зоне установки микрофона, распологаемого вблизи заданной исследуемой картерной детали агрегата). В ряде случаев, «полезный» (излучаемый непосредственно исследуемым агрегатом) акустический сигнал, регистрируемый измерительным микрофоном, соизмерим или даже ниже по уровню с сигналом шумовых помех (например, шумовых помех от стендового приводного оборудования, на котором испытывается и оптимизируется данный агрегат по виброакустике). В этом случае, для объективного выбора наименее шумообразующего конструктивного варианта опытного образца агрегата, требуется значительное подавление внешних шумовых помех (например, генерируемых испытательным стендом) что, как правило, не всегда технически осуществимо или же
нецелесообразно по стоимостным, соображениям. Другим, более рациональным, дешевым и простым в осуществлении является использование специальных звукоизолирующих устройств, охватывающих оцениваемую локальную зону, излучающей звук поверхности агрегата, в виде малой звукоизолирующей камеры, плотно прилегаемой к поверхности излучения корпусной детали агрегата открытым окном и в полости которой находится измерительный микрофон. В этом случае, шумовые помехи (звуковое излучение от «посторонних, не исследуемых» источников) в зоне измерительного микрофона являются существенно ослабленными, а соотношение сигналов («полезный» сигнал - шумовые помехи) - возрастает. Таким образом, увеличивается динамический диапазон измерений, измерения носят более объективный характер и появляется возможность оценок акустических характеристик различных конструктивных исполнений (доработок) исследуемого агрегата в более широком динамическом и частотном диапазонах.
Известен способ виброакустического испытания трансмиссионного агрегата - редуктора по А.С.СССР №599182, МКИ G 01 M 13/02, 1978, БИ №11, в котором использована стендовая установка с приводным электродвигателем, тормозным устройством, устройством регулировки нагрузки и измерительным устройством в виде преобразователя вибраций, закрепленного на корпусе редуктора и индикаторного устройства. По результатам измеренных значений вибраций испытуемого редуктора и их сопоставлением с вибрационными характеристиками эталонного редуктора производится оценка виброакустических качеств испытуемого редуктора. Недостатком данного метода является применение измеряемого контрольного параметра в виде вибрационной характеристики (виброускорений, скорости колебаний или виброперемещений) корпуса трансмиссионного агрегата, которая часто слабо коррелируется с акустической характеристикой (звуковым давлением) в виде излучаемого воздушного шума, воспринимаемого человеком как вредный для здоровья, утомляющий воздействующий фактор. Также известный метод является достаточно трудоемким, вызванным технологическими процессами необходимого жесткого крепления и демонтажа датчика вибраций на стенке корпуса редуктора.
Известен способ и устройство измерения акустического излучения коробок передачи транспортных средств в виде жесткой оболочки конусообразной формы малой заглушенной камеры, герметично примыкающей к стенке картера исследуемой коробки передач. Один конец камеры, выполненный в виде цилиндрической части диаметром 250 мм - открыт, другой, диаметром 70 мм, - закрыт. Открытый конец (окно) такой измерительной заглушенной камеры плотно сопрягается с шумозаглушающим участком стенки картера коробки передач с использованием резинового уплотнительного кольца, а в зоне закрытого торца с отверстием для вывода кабеля из камеры - установлен измерительный микрофон. Стенки камеры изнутри футерованы звукопоглощающим материалом (см. публикацию в журнале MTZ, 1971, 25,Mai, s. 145…152, Thien G. und Fachbach H. Gerauschverminderung an Dieselmotoren durch Ander - und auberen Bauteile und schalldammenden Verkleiden). В данной публикации указано на неразрешенную проблему и не полностью преодолеваемые трудности конструирования заглушенной измерительной камеры такого типа с тем, чтобы избежать образования в ней интенсивных звуковых давлений на собственных модах воздушной полости камеры как путем ограниченного варьирования размерами и геометрией камеры, так и использования в ней футеровки стенок звукопоглощающим материалом. Учитывая, что замкнутое пространство камеры образовано жесткой несущей оболочкой из плотного звукоотражающего материала - данная проблема может быть решена лишь частично, так как пористый звукопоглощающий материал внутренней футеровки камеры может лишь ограничено ослабить резонансное усиление звука на собственных модах воздушной полости камеры. Вследствие этого, частотные характеристики измерительного тракта становятся существенно нелинейными (с эффектами усиления на частотах собственных мод камеры), а сами измерения - теряют свою объективность. С другой стороны, несмотря на применение виброизолирующего уплотнителя на открытом конце камеры, в силу его естественной ограниченной виброизолирующей способности, при измерениях звукового излучения от интенсивно вибрирующих поверхностей стенок картера трансмиссионных узлов, возможно существенное структурное возбуждение жесткой несущей оболочки камеры с соответствующим дополнительным генерированием структурной звуковой энергии в замкнутое пространство в зоне измерительного микрофона, что дополнительно исказит частотную характеристику измерительного тракта и снизит объективность оценок акустических характеристик испытуемого агрегата. Также передаваемая к микрофону по несущей жесткой оболочке вибрационная энергия может отрицательно сказаться на его надежности и долговечности в процессе длительной эксплуатации устройства.
Известно также устройство для измерения акустического излучения поверхности тела, по патенту США №2058796, содержащее микрофон, подвешенный посредством пружин в кожухе, выполненном с одной стороны с крышкой, а с другой - со входным отверстием. В данном измерительном устройстве акустическое излучение поверхности тела поступает на микрофон через входное отверстие кожуха.
Известно также устройство для измерения акустического излучения поверхности тела по Авторскому свидетельству СССР №539386, МКИ H 04 R 29/00, 1976, БИ №46, содержащее микрофон, подвешенный посредством пружин в жестком конусообразном кожухе, выполненном с противоположных сторон - с выпуклой крышкой и с входным отверстием и снабженным, расположенным внутри него, конусообразным звукопоглощающим покрытием. Наряду с высокой чувствительностью данного устройства, оно обладает аналогичными отрицательными характеристиками, присущими известным вышеуказанным устройствам - большими нелинейными искажениями, вносимыми резонирующей на собственных модах замкнутой воздушной полостью, образуемой жесткой оболочкой, в которой помещен измерительный микрофон и сопрягаемой локальной поверхностью стенки картера исследуемого агрегата, возможным вибрационным возбуждением жесткой оболочки устройства от стыковочных зон с вибрирующей поверхностью исследуемого объекта и переизлучением, вследствие этого, структурного звука в воздушную полость оболочки, нежелательной передачей вибровозбуждения на чувствительный элемент микрофонного капсюля.
Целью заявляемого технического решения является устранение или, по крайней мере, существенное ослабление воздействия вышеперечисленных отрицательных свойств, присущих известным измерительным устройством.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном устройстве для измерения звукового излучения локальной вибрирующей зоны поверхности корпусной детали агрегата транспортного средства, содержащем измерительный микрофон с чувствительным элементом, размещенный в замкнутой звукоизолирующей оболочке, снабженной открытым измерительным окном, сопряженным с поверхностью объекта испытаний, внутри названной звукоизолирующей оболочки размещен закладной элемент, выполненный в виде жесткого стержневого каркаса, металлической или полимерной сетки со сквозными отверстиями или ячейками, или перфорированных металлического или полимерного листов, по обе стороны закладного элемента размещены открытопористые звукопоглощающие футеровки, например, из листового вспененного открытоячеистого пенополиуретана, цельноформованного волокнистого материала из натуральных или искусственных волокон со связующими, или другого, аналогичного по своим физико-механическим свойствам пористого звукопоглощающего материала, звукоизолирующая оболочка снабжена уплотнительной
частью, размещенной между торцем закладного элемента и поверхностью объекта испытаний, микрофон установлен в звукоизолирующей оболочке посредством втулки из упругого материала (резины), смонтированной в закладном элементе, внешние поверхности пористого материала облицованы тонкой звукопрозрачной пленкой, например, полиэстеровой, уретановой, тканевой (типа малифриз), фольгой алюминизированной, или другого типа пленкой или покрытием с близкими акустическими и эксплуатационными характеристиками. Полезная модель иллюстрируется графически.
На фиг.1 представлено заявляемое измерительное устройство. На фиг.2, 3 и 4 показаны возможные варианты конструктивного исполнения несущего закладного элемента.
В заявляемом измерительном устройстве (фиг.1), включающем измерительный микрофон 1 с чувствительным элементом 2, помещенный в.замкнутую звукоизолирующую оболочку 3, содержащую открытое измерительное окно 4 с сопрягающейся исследуемой поверхностью, излучающего шум данного объекта испытаний - не содержится сплошной, жесткой, плотной, звукоотражающей несущей оболочки, а несущим элементом устройства - является закладной элемент 5 - типа жесткого стержневого каркаса (фиг.2), металлической или полимерной сетки со сквозными отверстиями или ячейками (фиг.3) или перфорированных металлических или полимерных листов (фиг.4). По обе стороны одного из вариантов такого несущего элемента устанавливаются открытопористые звукопоглощающие футеровки 6 и 7, например, из листового вспененного открытоячеистого пенополиуретана, цельноформованного волокнистого материала из натуральных или искусственных волокон со связующими, или другого типа известного эффективного пористого звукопоглощающего материала. Гарантированное беззазорное уплотнение замкнутой звукоизолирующей оболочки обеспечивается уплотнительной частью 8, в которой отсутствует несущий закладной элемент, за счет плотного прилегания с возможным деформированием в зоне прилегания пористых звукопоглощающих футеровок к исследуемой поверхности. Такая оболочка камеры, вследствие пористости структуры стенок, не образует герметично замкнутой воздушной полости с присоединяемой исследуемой шумоизлучающей поверхностью исследуемого объекта и не создает в связи с этим условий для формирования интенсивных собственных мод воздушной полости камеры и ее резонансного возбуждения, искажающего реальную амплитудно-частотную характеристику измерительного тракта в целом, так как структура стенок камеры, включая несущий закладной элемент и пористый слой, является не плотной звукоотражающей, а пористой звукопоглощающей. Именно вследствие сквозной пористости по всей толщине стенки пористого слоя такой оболочки и ее высоких звукопоглощающих свойств - исключается формирование в воздушной полости под оболочкой выраженных собственных мод полости, искажающих амплитудно-частотную характеристику измерительного тракта. В это же время, с другой стороны - зона нахождения микрофона в замкнутой полости, вследствие высоких звукопоглощающих свойств пористой оболочки, звукоизолирована от внешних шумовых помех (шумового фона), в особенности - в области средних и высоких частот звукового спектра, где звукопоглощающая способность пористых вспененных или волокнистых материалов является наиболее высокой, а излучающие агрегатами шумы от работы, например, зубчатых зацеплений трансмиссионных агрегатов транспортных средств в данном частотном диапазоне, как известно - носят доминирующий характер. Даже в случае подводимого сопрягаемой поверхностью картерной деталью исследуемого агрегата интенсивного структурного вибрационного возбуждения перфорированных стенок несущего элемента камеры, собственное излучение звука от такой перфорированной структуры будет чрезвычайно слабым вследствие реализации процесса короткого акустического замыкания, протекающего в зонах перфорированных отверстий, путем интенсивного выравнивания полей давлений через данные отверстия. С другой стороны, перфорированная оболочка как излучатель звука отличается и малой площадью самого излучателя (площадью каркаса с исключенной площадью отверстий в стенке). Отсутствие непосредственного жесткого контакта между несущим закладным элементом и исследуемой вибрирующей поверхностью излучения звука позволяет снизить передачу вибрационной энергии при измерениях звукового излучения от интенсивно вибрирующих поверхностей стенок картера трансмиссионных узлов. Для снижения возможной остаточной вибрационной энергии несущего закладного элемента, которая может отрицательно сказаться на надежности и долговечности микрофона в процессе длительной эксплуатации устройства, а также для удобства монтажа микрофона в звукоизолирующей оболочке, применяется резиновая втулка 9, которая дополнительно исключает непосредственный жесткий динамический контакт капсюля микрофона и несущего закладного элемента и за счет упругих свойств резины надежно удерживает микрофон в посадочном гнезде камеры, позволяя при необходимости корректировать расстояние от плоскости чувствительного элемента микрофона до измеряемой поверхности в диапазоне (h±Δh). Для повышения эксплуатационных характеристик камеры в процессе ее, длительной эксплуатации, сохранения стабильных звукопоглощающих свойств стенками, исключение попадания в пористую структуру стенок камеры влаги, пыли, масла, топлива, удобства очистки стенок без заметного ухудшения звукопоглощающих свойств пористого материала, футерующего несущий каркас камеры, - внешние поверхности пористого материала содержат тонкую звукопрозрачную пленку 10 - например алюминизированную полиэстеровую, уретановую, тканевую типа малифриз или другого типа пленку или покрытия с близкими акустическими и эксплуатационными характеристиками.