عنوان : آلودگي صوتي و نويز در خودرو ها گردآورنده : مهندس خليل مرتضوي اقدم بهار 1391 دانشجوي : كارداني فناوري اطالعات و ارتباطات تلفن تماس 09376627295
Download
Report
Transcript عنوان : آلودگي صوتي و نويز در خودرو ها گردآورنده : مهندس خليل مرتضوي اقدم بهار 1391 دانشجوي : كارداني فناوري اطالعات و ارتباطات تلفن تماس 09376627295
عنوان:
آلودگي صوتي و نويز در خودرو ها
گردآورنده:
مهندس خليل مرتضوي اقدم
بهار1391
دانشجوي :كارداني فناوري اطالعات و ارتباطات
تلفن تماس 09376627295
چكيده:
امروزه با قرار گرفتن آلودگي صوتي در زمره آلودگي هاي محيطي ما و تاثيرات
منفي آن بر زندگي بشر و نيز تردد خودروها به عنوان يك منبع آلودگي از نوع
آلودگي صوتي نوع غير ثابت در سطح شهر ها و جاده ها مي باشند.لذا ما در اين
بحث پارامترها و بخش هاي توليد كننده پارازيت و ارتعاش صوتي در خودروها را
بررس ي كرده و نيز طراحي هاي الزم براي كاهش و نيز به حداقل رسانيذن اين
آلودگي هاي صوتي در خودرو ها را انجام مي دهيم .ابتدا ميزان آلو.دگي صوتي
بخش هاي جداگانه خودرو را كه توليد ارتعاش و نويز كرده و نيز هر يك از
قسمتهاي مولد آلودگي صوتي را بر حسب ( d.bدس ي بل ) توليد مي كنند را
اندازه مي گيريم.
در ادامه خواهيم ديد كه بعض ي از اين آلودگي ها تحت تاثير شرايط جاده اي و
عوامل طبيعي مانند باد تغيير خواهند كرد و پارامترهاي راحتي سرنشين در
خودروها كه هدف ما از بررس ي بحث مي باشد را تحت الشعاع قرار مي دهد.
بخش اول:
بررس ي عوامل توليد ارتعاش ،نويز و صدا در
خودرو)(NVH
مقدمه
اعتقاد بسیاری از کارشناسان محیط زیست بر این است که در چند سال اخير سرو صدا نيز از
نظر آلودگی محیط زیست در ردیف سایر آلوده کننده ها ،همچون آب و هوا قرار گرفته است
ميزان سر و صدا نيز همانند آلودگی هوا به نسبت ازدیاد تمرکز جمعیت افزایش می یابد و به
خصوص زندگی ماشینی و توسعه صنعتی و استفاده از امکانات تکنولوژی ميزان سر و صدا را
افزایش می دهد .استفاده از وسایل نقلیه نظير هواپیما ،خودروی مسافر بری ،خودروی
باربری ،موتورسیکلتها و سایر منابع صدا اعم از کارخانجات تولیدی و غيره گواه این واقعیت
هستند که آلودگی صدا در برخی موارد خطرناک تر از آلودگی هوا می باشد .
اثرات ناش ی از سر و صدا :
نخستين اثر سر و صدای زیاد بر روی بدن انسان کری موقت یا دائمی است و عالوه
بر آن عوارض دیگری نيز از قبیل تشدید جریان خون ،تحریک اعصاب ،فشار
خون در شریانها و در نتیجه امراض قلبی و ایجاد آمادگی جهت پذیرش امراض
ویروس ی و...
معهذا با توجه به مدارک و تحقیقات موجود ،سر و صدای بیشتر از 75دس ی بل
باعث تغیيراتی در حاالت جسمانی می شود که اهم آن عبارتند از :کوچک شدن
دریچه های میترال قلب ،تاثيرات صدماتی روی جداره تمام ارگانيزم بدن و تشدید
ميزان تنفس و ازدیاد ضربان قلب .
منابع سر و صدا
-1منابع طبیعی صدا :شامل صدای رعد و برق ،زمين لرزه ،و...
-2منابع ثابت سرو صدا :شامل صنایع ،نيروگاههای برق و...
-3منابع غیرثابت سرو صدا :شامل کلیه وسایل نقلیه
-4منابع داخلی سرو صدا :شامل سایل برقی ،موتور های حرارتی
-5منابع متفرقه :شامل فعالیتهای ساختمانی ،جاده سازی
به طور کلی آلودگی صوتی ناش ی از ترافیک به سه دسته تقسیم بندی می شوند :الف – ترافیک
هوایی ب – ترن و وسایل ریلی ج – خودروها و وسایل ترافیک شهری
منابع تولید صدا در خودرو
- 1موتور
- 2سیستم انتقال قدرت
-3سیستم اگزوز
- 4تایر ها
- 5صدای ناش ی از برخورد هوا با بدنه خودرو
- 6ترمز ها
- 7صدای اخطار دهنده ها
صدای تولید شده در برخی ازاین منابع مانند صدای موتور و اگزوز و صدای گير بکس به دور موتور بستگی
دارند و برخی دیگر مانند صدای تایر ها و آیرودینامیک بدنه به سرعت خودرو بستگی دارند.
صدای موتور )Engine noise) :
مهمترین و اصلی ترین منبع تولید صدا در خودرو موتور می باشد .
منابع صدای موتور :
-1صدای احتراق
-2صدای انژکتور سوخت
-3صدای مکانیکی
-4صدای ورودی و خروجی
-5صدای فنهای خنک کننده
-6صدای incilleriesاز قبیل ژنراتور یا کمپرسور
کاهش صدای مکانیکی و احتراق :
یک تغیير ساختمان به کار بردن ورقه های فوالدی یا پالستیک با چگالی باال که می تواند تغیيرات
زیادی در صدای تابش شده ایجاد کند .یک واشر بين درپوش و بدنه وجود دارد که بر مجموع
صدای تابش شده موثر است .انرژی ارتعاش ی قالپاق سوپاپ با یک محکم کننده مرکزی کم می
شود .
مخزن روغن فوالدی متهلک کننده (ساختمان سه الیه ای فوالدی ) کاهش می دهد انرژی را در
مخزن بدون اثر گذاشتن به انرژی منتقل شده و کاهش انرژی محفظه میل لنگ موتور آب
خنک بی صدا تر از موتور هوای خنک با همان قدرت می باشد .چون آب دوتا عمل انجام می
دهد :یکی به عنوان عایق می باشد و دوم اینکه جاذب است .یعنی ارتعاشات بوجود آمده در
محفظه احتراق را جذب می کند
صدای چرخدنده (:)Gear Noise
اگر هر جفت چرخدنده کامال ثابت و از نظر جا معادل و دندانه ها درست باشند با روغن کاری
خوب سرعت زاویه ای ثابت خواهد بود و صدای مینیمم ،انحراف از حالت ایده ال باعث
ارتعاش و صدا می شود .فرکانس چرخدنده ساده میله هرزگرد:
) f Nn / 60( HZ
که nسرعت دورانی (دور در دقیقه ) و Nتعداد دندانه های چرخدنده می باشد .
گيربکس هایی که شامل بیش از یک جفت چرخدنده هستند با فرکانس مساوی برای هر جفت .
فرکانس دنده های سیاره ای :
تعداد دندانه های چرخدنده رینگی ،سرعت دورانی چرخدنده ها و سرعت دورانی قفسه .
) f Nn (nr nc ) / 60( HZ
جیر جیر چرخدنده (: )Gear rattle
زوجهای چرخدنده تحت برخی حالتهای راندن بی باربين دنده ها جير جير ایجاد می شود.
جير جير چرخدنده ها نشانه ارتعاش در گير بکس می دهد که این ارتعاش به تمام چرخدنده ها
محرک و سپس به بدنه خودرو منتقل می شود .
برخورد زوج چرخدنده ها در حالت جیر جیر
روش های کاهش صدا در مجموعه چرخدنده :
بعددد از بررس د ی صدددای دنددده هددای محددرک و مسددیله سددطحهای مهددم در برخددی راه حددل هددا ب درای کدداهش
صدا به صورت زیر ارائه شده است :
-1بهبود پوسته
-2تولید بهتر چرخدنده ها
-3تغیيرات برای چرخدنده ها
-4ميرایی
-5عایق کردن
تایر ها :
صدای ناش ی از تایر ها رقابت زیادی را درمیان سازندگان تایر ایجاد نموده اند .در این میان تولید
کنندگان تایر راه حل هایی را در هرچه بی صدا کردن تایر ها بکار برده اند .
کاهش صدای تایر :
یکی از عوامل مهم و اساس ی در کیفیت تولید صدای تایر بر روی سطوح صاف طرح و الگوی تایر می
باشد .
برداشت جزیی شیار های افقی به صورت کاستن از پهنای شیار و یا کاستن از عمق آن منجر به
ایجاد ضایعات کمتری در حاالتی مانند ترمز گيری و شتاب خواهد داشت لیکن در این صورت
اصالحات کوچکتری نيز در وند سطح صدای خارجی پدید خواهد آمد .یک روش در بکارگيری
شیارهای باریک استفاده از تعداد باالی آنهاست .از مزایای این روش می توان به کوچکتر بودن
قطعات آج و سختی کمتر انها اشاره نمود که این قطعات کوچکتر در اثر کاهش شدت برخورد با
سطح جاده صدای کمتری را ایجاد می کنند .
بخشدوم:
بررس ي فركانس هاي طبيعي بدنه خودرو ،عوامل آسايش و راحتي در
خودرو و بررس ي رزنانس و تشديد ارتعاش ي
مد های کابین سرنشین :
مددد کددابين دو نددوع اسددت مددد هددای دیددوار سددخت کددابين و مددد هددای دیددوار قابددل انعطدداف (مسددیله مهددم تداثير
گذاشتن ساختار – اکوستیک )
کابين سرنشين با دیوار سخت :در این بخش چهار آرایش مطدرح خواهدد شدد کده در شدکل نشدان داده
شدده اسدت کدابين سرنشدين بدا برداشدتن صدندلی کدابين سرنشدين بدا دو صدندلی بدا بداز کدردن پنجدره در
عقددب در و صددندلی کددابين سرنشددين بددا مددوج گيددر کدده مددانع از حرکددت اسددت ،محددل غيددر واقعددی ق درار
گيددری گددوش در یددک صددندلی جلددو علددت صدددای کوچددک اخددتالف فشددار مددی باشددد در رن د مفیدددی از
فرکددانس در عددرض کددابين مددی باش ددد شددکل 2-6آندداليز کددابين ماننددد ی ددک محوطدده دو بعدددی و یددا ی ددک
چهارم خط عمودی – طولی نشان دادن قسمت داخلدی خدودرو 4 .نمونده از اادان محددود مشدبک
می باشد که در شکل 2-10نشان داده شده است که با آاریش دو صندلی می باشد .
طول کابين 3.7mو محتوی هدوا بدا چگدال( 1.22 )kg/m3و سدرعت ( 341 ) m/sمدی باشدد .در همده مدرز
ها دیوارها سخت فرض شده اند در غير اینصورت با اسم ذکر شده اند .
تخمين نتیجه در فرکانس طبیعی و درحالتی که کابين سرنشين بدون صندلی مدی باشدد و در حدالتی کده
کدابين سرنشددين بددون صددندلی مدی باشددد و در شددکل 4نشدان داده شددده اسدت محلددی کده فشددار صددفر
تغیير می کند با خط چين نشان داده شده اسدت و بسدتگی مرحلده بدا عالمدت م بدت و منفدی نشدان
داده شده است .
مدل موقعیت کابين اتومبیل
شکل 2-6سنجش بين سطوح فشار صدا ()splثبت شده در موقعیت افقی صندلی جلدو ارتعداش
ساختمان به وسیله یک نيروی سینوس ی فراهم شده از گوشه راست عقب بدنه .
مدل آکوستیک موقعیت کابين بدون صندلی
شکل های روش آکوستیک برا ی چهار آرایش موقعیت واگن
بررسی صدای عبوری خارجی خودرو های جاده ای :
افزایش ترافیک یا عدم تمایل برای قانون گذاری بیشتر در حفظ محیط زیست در اروپا ،منجر به
تنزیل سطح پذیرش iso 362در رابطه با اصطالح صدای عبوری خودرو ها در سالهای اخير
شده است .
روند توصیف : ISO 362
مقدار حداکثر صدا بر حسب واحد ( (dbدر هر سمت از وسیله نقلیه در مدت زمان عبور شتاب
دار آن تعیين می گردد وبه واسطه نیاز به حداقل زیر ساختار به تجهيزات و نيز کاربردی تر
بودن ،ISO 362این رسما مورد استقبال و مورد قبول واقع گردید ه است .
مقاصد مختلفی جهت اجرای اندازه گيری ISO 362وجود دارد که عبارتند از :تعیين کیفیت ،
ارزیابی اصالحی ،ارزیابی تشخیص و تعیين کیفیت ،کمترین تاثير گذاری در مشکالت توصیه
شده را دارا می باشد .
مشکالت توسعه عملی در دستیابی به سطح صدای مجاز در خودرو ها :
از اکتبر سال 1995که سطح صدای مجاز خودرو ها 74دس ی بل تصویب شد اتصال جدیدی
از مشکالت نيز بر سر راه صنایع خودرو سازی بوجود آمد
لذا سازندگان وسايل نقليه استاندارد هاي مختلفي را پذيرفته اند كه شامل مواردزير است:
-1استاندارد ) )SOCIETY AULOMOTIVE ENGINEERSOF )(SAE
-2استاندارد ) )japans industnal stangards( )JIS
بخشسوم:
بررس ي روشهاي كاهش و جلوگيري كننده صدا و نويز به درون
محفظه سر نشين خودرو
صدای حاصل ا ز باد :
هنگامی که یک اتومبیل در جاده حرکت میکند ،هوای روبروی آن به طرفين جریان می یابد و
باعث ایجاد نيرو های آیرودینامیکی همچون کشش و دافعه می شود ،همچون جریان هوا با
سطح بدنه ماشين عمل معکوس انجام می دهد و سر و صدای آیرودینامیکی ایجاد می کند .
صداهای حاصل از باد در سرعت های کم ،خیلی ناچيز می باشند و به راحتی با صدای الستیک و
صدای محیط پوشش داده می شود .بنابراین صدا های حاصل از باد برای وسیله ای که برای
سرعت کم و در محدوده شهر تنظیم شده اند مشکلی ایجاد نمی کنند .برای اتومبیل های
لوکس که با سرعت 160کیلومتر بر ساعت و بیشتر از این طراحی شده اند ،صدا های حاصل
از باد براحتی می توانند آزار دهنده باشند
مکانیزم ایجاد صدا و انتقال آن
عبارتند از :
-1منبع تولید
-2مسير انتقال
-3دریافت کننده
منبع تولید صدا منطقه ای را توصیف می کند که در آن انرژی از اشکال دیگر به انرژی صوتی
تبدیل می شود .
مسير ها عبارتند از در و پنجره ها و بدنه ماشين
دریافت کننده سرنشين ماشين است
صدا های حاصل از حفره های سوراخ های ریز
وجود قسمت خارجی وسیله نقلیه می تواند با عث ایجاد صدا های حاصل از باد شود ،منابع
معمولی صدا های حاصل از درز ها در ماشين شامل فضاهای دور درها ،فضاهای بيرون آینه
های پشت نما و فضا های قسمت رادیاتور می باشد .
صدا های حاصل از شدت باد
صدای حاصل از شدت باد عمال در تمامی ماشين های تولید شده ،در سرعت های بداالی جداده ای
قابل توجه است البته اگدر ماشدين سدطوح پدایینی از صددا هدای حاصدل از درز هدا و سدورا هدا را
ی
داشددته باشددد .صدددا هددای حاصددل از شدددت بدداد وسددیع بددوده و عمدددتا کمتددر از صدددا هددای زیدداد آزار
دهنده می باشند.
کاهش صدای حاصل از باد در برف پاکن ها
در اکثددر ماشددين هددا منطقدده مجزایددی بدرای مخفددی شدددن بددرف پدداکن هددا در مقابددل جریددان هددوا در سددرعت
هددای بدداال قدرار گرفتدده و باعددث ایجدداد سددطوح صدددا هددای حاصددل از بدداد مددی شددوند .بنددابراین اغلددب
تنها راه حل مورد دسترس ی این اسدت کده بدرف پداکن هدا را در لبده پشدتی کداپوت قدرار دهدیم یدا آنهدا
را در پشت برخی از انواع منحرف کننده های جریان هوا قرار دهیم .
کاهش صدا در آنتن رادیو
صدای ایجاد شده در آنتن رادیو جالب توجه است ،آنتن بده شدکل سدیلندر دایدره ای سداده مدی باشدد
و صدای ایجاد شده توسط سیلندر دایره ای بده طدور جدامع مطالعده شدده اسدت .روش کداهش یدا
حذف صدا این است که جریان را طوری قطع کنیم که جریان سست و لرزان در محور سدیلندر
زیاد بوجود نیاید .به طوری که نيروهای مرتبط به هم نتوانند شدکل بگيرندد .روش کالسدیک ایدن
اسددت کدده سددیم مددارپینی دور آنددتن بپیچددیم .ایددن سددیم جریددان هددوا را بدده حددد کددا ی جابجددا مددی کنددد بدده
طوری که یقیناهیچ صدای زیادی تولید نمی شود .
صدا در ارگونومی
کلمه ارگونومی از دو واژه ( )ERGOو ( )NOMOSبه معنی کار و قاعده و قانون سداخته شدده و
مت درادف آن هددم مهندس د ی عوامددل انسددانی مددی باشددد و در کشددور هددای مختلددف کاربردهددای متفدداوت
دارد .ارگون ددومی در جه ددت نی ددل ب دده اه ددداف و دس ددتورالعمل ه ددا از عل ددوم مختل ددف ب دده وی ددژه ان دداتومی ،
آنتروپددومتری ،فيزیولددوژی ،مهندس د ی ،روانشناس د ی و جامعدده شناس د ی ،بیوفيزیددک و بیوشددیمی و...
استفاده به عمل می آورد .
اختالل در محاوره و درک گفتار
با افزایش صدای محیط حساسیت گوش به درک گفتار تقلیل می نماید
اگرصدددا بدده حدددود 80دس د ی بددل Aبرسددد کدده در ایددن صددورت درک گفتددار و تشددخیص آن بددا صدددای
زمینه مشکل می گردد
تاثیر روی عملکرد فیزیولوژیک بدن :
تحقیقات به عمل امده نشان می دهد که تماس انسان با صدای بیش از حد تراکم مجاز با توجه به سه
عامل مهم فرکانس ،شدت و مدت تاثير روی سیستم حیاتی انسان داشته و باعث باال رفتن فشار
خون ،افزایش متابولیسم ،افزایش تحریک پذیری ،برهم خوردن سیستم گوارش ی و....می گردد.
پیشنهاد سازمان جهانی بهداشت ()W.H.O
برای جلوگيری از بروز اختالالت در خواب مقدار پیشنهادی صدا توسط سازمان مذکور 35دس ی بل می
باشد که نباید از مقدار فوق افزایش دامنه داشته باشد .
بهترین روش کاهش ارتعاش و صدا ،قرار دادن مواد صدا گير در نقاط استراتژیک است که همچون اسفنجی
ارتعاش و سر و صدا را به خود جذب کرده و از انتقال آن جلو گيری می کنند .یکی از معروف ترین
این مواد فوالد های ارتعاش گير هستند .برای ساخت این فوالد ها یک الیه رزین را بين دو ورق فوالد
ی قرار می دهند و این ساختمان بخش عمده ای از ارتعاش را به خود جذب می کند .
استفاده از الیه های قير ،رزین و میکا در کف اتومبیل باعث کاهش هرچه بیشتر ارتعاش ناش ی از
صدای جاده و موتور می شود .جدیدترین روش برای کاهش سر و صدا استفاده از ساختارهای
چند الیه ای کامپوزیت است .
E
HZ
2d
عایق های صوتی
عملکرد عایق های صوتی
وقتددی امددواج صددوتی بدده یددک مدداده برخددورد مددی کننددد ،بخش د ی از انددرژی انهددا بددا تبدددیل شدددن بدده ح درارت درواقددع
جددذب مدداده مددی شددوند ،اکثددر مددواد در حدددودی جدداذب صددوت هسددتند امددا بعضد ی از مددواد از ایددن نظددر و یفدده
بهتری را انجام می دهند.
E
HZ
2d
f
هنگامی که امواج صوتی وارد چنين مدواد متخخخدل مدی شدوند ،دامنده ارتعداش مولکدول هدای هدوا در اثدر برخدورد
و ایجاد اصطکاک با الیاف ها و خلل و فرج ها به شدت افت کرده و انرژی آن مضمحل می گردد .
ضریب جذب فرکانس پایين ماده با کاهش فرکانس کاهش می یابد .فرکانس ی کده پدایين تدر از آن باعدث کداهش
ضریب صوت می گردد.
f
عوامل مهم در جذب صوت :
ضریب جذب صوت :
ضددریب جددذب صددوت یددک مدداده عبددارت اسددت از مي دزان خصوصددیات جددذب صددوت یددک مدداده بدده طددور
واقعددی برابددر اسددت بددا جزرددی از قدددرت یددا انددرژی صددوت انتشددار یافتدده بدده ثددورت اتفدداقی کدده بده وسددیله
مدداده جددذب شددده و یددا انعکدداس نیافتدده باشددد .بدده عنددوان م ددال ضددریب جددذب %65نشددان مددی دهددد
که 65درصد انرژی صوت انتشار یافته است
ضریب کاهش سرو صدا :
ضریب کاهش سر وصدا ( ) )NRCیک ماده عبارت است از یک عدد منفرد که مقدار متوسط
ضرایب جذب ماده در فرکانس های 250و 500و 1000و 2000هرتز می باشد به عنوان م ال
اگر ماده ای دارای ضریب جذب های زیر باشد :
ضرایب کاهش سر و صدا بیشتر در موارد کنترل سر و صدا از نظر انتخاب مواد با کیفیت مناسب
به کار می روند اما در مواقعی که اموج صوتی در فرکانس های پایين و باال وجود داشته باشند
بهتر است که از شریب جذب مواد استفاده شود زیرا ممکن است که یک ماده ای نسبت به
ماده دیگر دارای NRCباالتری باشد ولی در فرکانس های پایين م ال 125ضریب جذب صوت
مناسبی نداشته باشد که این امر در موارد خاص کنترل سر و صدا حائز اهمیت است .
تاثیر چگونگی نصب و اتصال ماده عایق صوت به بدنه :
ضرایب جذب صوت مواد بستگی به چگونگی نصب آنها دارد بدین منظور استانداردهای نصب
مختلفی جهت آزمایش و تست اندازه گيری های ضرایب جذب وجود دارد ،كه معموال به شكل
يكي از اشكال زير است.
نکات مهم در انتخاب مواد عايق صوت :
-1گسترش شعله و پایداری درمقابل آتش
-2استحکام مکانیکی ومقاومت در شرایط سخت
-3پایداری ابعادی
-4انعکاس نور
-5نگهداری ،قابلیت تميز شدن و قابلیت رنگ شدن
-6اهر
-7قیمت
-8سهولت درنصب به روش های مختلف و ...
اغلب پوشش های عایق صوت از نظر خواص مکانیکی ضعیف بوده به طوری که باید بر روی
سطوح آنها از یک حفاظ استفاده کرد تا قدری خواص مکانیکی تقویت شود مواد عایق صوت
باید در محیط ها ی مرطوب از پایداری ابعادی باالیی برخوردار باشد که در صورت استفاده از
الیاف های معدنی به جای الیاف های عالی این امر حاصل می گردد .
معرفی انوع مواد جاذب صوت و خواص انها :
مواد زیادی وجود دارند که دارای خصوصیات جذب صوت هستند عمده ترین انها شامل کتابهای
بافت سنگين نمد ها ،مواد عایق حرارتی الیاف دار که در واقع از خاصیت عایق صوتی خوبی
هم برخوردار هستند ،اسفن های پلی اورهتان ،ترکیبات با پایه قير و سایر مواد که در تمام
انها به علت وجود الیاف کوتاه بافته شده ،نمدی شده و خلل و فرج های فراوان امواج
صوتی به محض برخورد با انها انرژی خود را از دست داده و به صورت گرما و یا سایر
صورت های دیگر انرژی جذب می گردد و امروزه ا زالیاف های چوب در کنار افزودن مواد
شیمیایی ضد اشتعال به آنها به عنوان عایق صوت استفاده می کنند که معموال مستقیما به
بدنه و یا کف وسیله نقلیه می افشانند .
ضخامت مواد جاذب صوت ،فرکانس امواج صوتی و زاویه انتشا رامواج و برخورد انها به ماده
جاذب صوت د رميزان جذب امواج صوتی تاثير قابل مالحظه ای دارند