Характеристика шума автомобильной шины Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.863.2

ХАРАКТЕРИСТИКА ШУМА АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ

В.А. Карпенко, профессор, д.т.н., А.Н. Левченко, аспирант, И.М. Баранник, аспирант, ХНАДУ

Аннотация. Проведены экспериментальные исследования по замеру шума автомобильной шины, построены его частотные характеристики. Проведен анализ частотных характеристик и определены резонансные частоты излучения шума. Определена зависимость шума шины от ее геометрических размеров.

Ключевые слова: автомобильная шина, шум, частотная характеристика.

Введение

Процесс возникновения шума автомобильной шиной весьма сложен, так как определяющими факторами возникновения шума, кроме скорости качения и размеров шины, являются тип конструкции, физико-механические свойства материала шины, способ возбуждения колебаний на поверхности шины, а также состояние дорожной поверхности. Кроме этого, шумоизлучающие элементы шины представляют собой распределенные системы с многочисленными резонансными частотами, поэтому спектр шумо-излучения автомобильной шины занимает широкую область частот звукового диапазона [1]. Спектральный анализ частотных характеристик шины позволяет дифференцировано рассмотреть картину шумоизлучения автомобильной шины и проанализировать вклад в нее отдельных источников излучения, что, в свою очередь, позволяет определить основной источник излучения шума автомобильной шиной в рассматриваемом скоростном диапазоне.

Анализ публикаций

Проблематике излучения шума автомобильной шиной посвящено большое количество работ таких авторов как Мидзугути М., Гуд-цов В Н., Лев Л.Е., Зайцев П.В., Бочаров Н.Ф., Бухин Б.Л., Walker J.C., Major D.J., Mukai T., Кемп Д.Х., Кнороз В. И., Лопашев Д.З., Осипов Г Л., Федосеева Е.Н., Юдин Е.Я., Белов С.В., Кутиков Н.К., Загороднего А.А. и др.

Для исследования уровня шума шины авторами используется методика «наката» автомобиля, распространенная в Европе, США и Японии, регламентируемая нормативными документами ISO 362/ECE R 51, SAE J57a и JASO C606-81 [2,3]. Анализ всех приведенных выше источников показывает, что экспериментальное изучение шума автомобильной шины сведено к сравнению характеристик шума автомобильных шин, с разными эксплуатационными и конструктивными параметрами по «общему» уровню шума (пиковым значениям) шин при движении автомобиля «накатом» [3]. При исследовании шума шин отсутствует анализ спектра частот его излучения, четкая структура причин и источников шума автомобильной шины.

Цель и постановка задачи

Целью работы является построение и анализ частотных характеристик шума, излучаемого автомобильной шиной. Определение влияния геометрических размеров шины на уровень ее шумоизлучения путем экспериментальных и теоретических исследований. Формирование структуры процесса шумоизлучения автомобильной шины.

Результаты исследования

Перед проведением исследования процесса шумоизлучения была построена структурная схема возникновения шума автомобильной шины (рис. 1).

Причины:

Источники:

«ВгиПегжКуег» 2120, со встроенными 1/3 октавным

Рис. 1. Структура процесса шумоизлучения автомобильной шиной

Согласно приведенной структуры, сформулированы основные причины возникновения шума шины, которые определяют уровень излучения шума основными ее источниками. Частоты излучения шума источниками различны и находятся в звуковом диапазоне, уровни шума которых определяют общую картину шума автомобильной шины.

Для определения основных частот излучения шума автомобильной шины были проведены экспериментальные исследования замера уровней шума автомобильных шин 205/65 R15, 195/65 R15, 185/65 R14 БЦ 49, по результатам которых был построен спектр частот излучения шума (рис. 2 - 5).

Рис. 3. Спектр частот излучения шума шиной 195/65 R15 на скоростях движения от 20 до 100 км/ч

Рис. 4. Спектр частот излучения шума шиной 185/65 R14 на скоростях движения от 20 до 100 км/ч

Рис. 2. Спектр частот излучения шума шиной 205/65 R15 на скоростях движения от 20 до 100 км/ч

Измерения уровней шумоизлучения шин проводились по общепринятой методике «на-ка-том» автомобиля мимо неподвижного микрофона при помощи виброанализатора

Рис. 5. Сравнение уровней шумоизлучения шин 205/65 R15, 185/65 R14 и 195/65 R15 БЦ 49

и «плавным» фильтрами. В эксперименте, в составе автомобиля «Волга» ГАЗ-24, использовались шины разного размера, но с одинаковым рисунком протектора. Измерения

производились на асфальтобетонном покрытии в диапазоне скоростей от 20 до 100 км/ч. В процессе проведения теоретических исследований шина представлена в классическом стиле, который используется для решения задач, связанных с автомобильной шиной, но адаптированном для решения задач акустики. Это - ортотропная двухслойная торооб-разная резонирующая оболочка на упругом основании. Уровень звукового давления, излучаемого оболочкой, определяем по следующей зависимости:

ip H «(kr )

H0(1)y (Ц) [ Z + Z2 + Z3 ] '

(1)

где r - внешний радиус оболочки; r1 - внутренний радиус оболочки; Zi - импеданс окружающей среды; Z2 - импеданс оболочки, излучающей звуковые волны; Z3 - импеданс внутренней полости оболочки; р - плотность окружающей среды; k - волновое число; i -комплексное число.

Проведен численный расчет уровня шума автомобильных шин 205/65 R15, 195/65 R15, 185/65 R14 БЦ 49, излучаемого каркасом шины, представленным в виде торообразной оболочки. Результаты приведены в графическом виде на рис. 6.

шума автомобильной шины, сформирована схема возникновения шума (рис. 1). По результатам, полученным в процессе экспериментальных исследований, построены частотные характеристики шума, излучаемого автомобильной шиной. Определены основные диапазоны частот излучаемого шума: 200 - 220 Гц, 550 - 600 Гц, 1100 -1250 Гц. Определены уровни шума на данных диапазонах частот. Анализ частотных характеристик позволяет сделать вывод о том, что частота излучаемого шиной шума не зависит от скорости ее качения в отличие от уровня, излучаемого ею шума. Проведены экспериментальные исследования по измерению уровня шума для шин разных размеров, но с одинаковым рисунком протектора БЦ 49. Определена зависимость уровня шу-моизлучения шины от ее объема и, как следствие, площади излучения шума, что подтверждено результатами экспериментальных исследований, которые приведены на рис. 5.

Выведена зависимость уровня звукового давления от звукового сопротивления оболочки излучения, ее внутренней полости и внешней среды распространения звуковых колебаний. Проведен численный расчет для трех моделей шин.

Литература

Рис. 6. Результаты теоретического исследования

Выводы

В результате проведенной работы сформулированы основные причины и источники

1. Контроль шума в промышленности. Пре-

дупреждение, снижение и контроль промышленного шума в Англии. - Л.: Судостроение, 1981.

2. Зайцев П.В., Бочаров Н.Ф., Бухин Б.Л.

Шум автомобильных шин // Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М., 1984. - 64 с.

3. Работа автомобильной шины / Под ред.

В.И. Кнороз и др. - М.: Транспорт, 1976. - 238 с.

Рецензент: М.А. д.т.н., ХНАДУ.

Подригало, профессор,

Статья поступила в редакцию 14 ноября 2007 г.