آشنایی با NVH - لرزش (Vibration) در خودروها
در دنیای مهندسی خودرو، مفهوم NVH یا همان Noise, Vibration, and Harshness نقش بسیار مهمی در بهبود راحتی سرنشینان و کیفیت نهایی خودرو ایفا میکند. یکی از موثرترین و در عین حال پیچیدهترین بخشهای این موضوع، مبحث لرزش (Vibration) است. این مقاله به صورت جامع و تخصصی به بررسی مفهوم لرزش، منابع آن، روشهای تشخیص و تحلیل لرزش و راهکارهای کاهش آن در خودروها میپردازد.
مفهوم NVH و اهمیت لرزش
NVH به صورت کلی به سه عامل اصلی صدا (Noise)، لرزش (Vibration) و خشونت یا سختی حرکتی (Harshness) اشاره دارد. این عوامل، تاثیر مستقیمی بر کیفیت تجربه رانندگی و راحتی سرنشینان دارند.
در این بین، لرزش به معنای حرکت رفت و برگشتی یا ارتعاش اجزای خودرو با دامنه و فرکانس خاص است. لرزش ممکن است از موتور، سیستم تعلیق، انتقال قدرت یا حتی باد و تماس تایرها با سطح جاده ناشی شود. افزایش لرزش میتواند منجر به خستگی راننده، کاهش عمر قطعات و بروز صداهای آزاردهنده در کابین شود.
منابع لرزش در خودرو
1. موتور و سیستم انتقال قدرت
موتور خودرو به عنوان منبع اصلی نیرو، همراه با احتراقهای داخلی، حرکت پیستونها و عملکرد قطعات متحرک، سبب ایجاد لرزشهای قابل توجه میشود. همچنین، سیستم انتقال قدرت شامل گیربکس، دیفرانسیل و یاتاقانها نیز ممکن است در اثر نامتوازن بودن، فرسودگی یا خرابی، لرزش تولید کنند.
به طور مثال، لرزش موتور با فرکانسهای مرتبط با سرعت دوران موتور (RPM) غالباً از عدم تعادل جرمی بخشهای متحرک مثل میللنگ ناشی میشود.
2. سیستم تعلیق و شاسی
سیستم تعلیق خودرو به منظور جذب ضربات جاده طراحی شده است، اما خرابی یا تنظیم نادرست اجزای آن میتواند باعث انتقال لرزش به کابین شود. دشواریهای تنظیم فنرها، کمکفنرها، لینکها و بوشها نقش مهمی در تشدید لرزش دارند.
3. تایرها و تماس با جاده
عدم تعادل تایر، فرسودگی، یا ناهمواری سطح جاده نیز ممکن است باعث ایجاد لرزش در فرمان و بدنه خودرو گردد. مثال رایج، لرزش فرمان در سرعتهای خاص است که معمولاً ناشی از بالانس نبودن چرخها است.
انواع لرزشها بر اساس فرکانس و دامنه
لرزشها بر اساس فرکانس میتوانند به سه دسته کلی تقسیم شوند:
- لرزشهای با فرکانس پایین (Low-frequency vibrations): معمولاً زیر 30 هرتز و عموماً ناشی از حرکت اجزای بزرگ مثل موتور یا تعلیق.
- لرزشهای با فرکانس متوسط (Mid-frequency vibrations): بین 30 تا 300 هرتز که ممکن است از قطعات چرخان مانند شفت انتقال و گیربکس ایجاد شوند.
- لرزشهای با فرکانس بالا (High-frequency vibrations): بیش از 300 هرتز که اغلب مربوط به فرآیند احتراق، جریانهای هوا یا ارتعاشات ریز قطعات است.
دامنه این لرزشها نیز اهمیت دارد زیرا لرزش با دامنه بالا معمولاً بیشترین تاثیر را بر راحتی و آسیب قطعات دارد.
تأثیر لرزش بر عملکرد و کیفیت خودرو
لرزش نه تنها بر راحتی سرنشینان تاثیر منفی دارد بلکه میتواند باعث کاهش طول عمر قطعات شود. به عنوان مثال:
- لرزش شدید ممکن است باعث شل شدن پیچها و اتصالات شود.
- لرزش نامتوازن میتواند باعث خستگی متالهای بدنه و شکست آنها در طول زمان شود.
- تشدید لرزش در سیستمهای تعلیق میتواند عملکرد آنها را مختل کرده و سبب بروز خرابیهای زودهنگام گردد.
روشهای تشخیص و تحلیل لرزش در خودرو
1. استفاده از سنسورهای شتابسنج (Accelerometers)
یکی از رایجترین روشها برای اندازهگیری لرزش در خودرو، نصب شتابسنجها بر روی قسمتهای مختلف نظیر موتور، شاسی و کابین است. این سنسورها میتوانند دامنه و فرکانس لرزشها را با دقت بالا ثبت کنند.
2. تحلیل فرکانسی (FFT Analysis)
پس از جمعآوری دادههای لرزش، ابزارهای تحلیل طیف فرکانسی نظیر FFT (Fast Fourier Transform) جهت شناسایی منابع لرزش با فرکانسهای مشخص استفاده میشود. این روش امکان تفکیک لرزشهای مختلف و تخصیص آنها به منبع مرتبط را فراهم میکند.
3. تست بالانس چرخها و قطعات دوار
روتورهای ناهمتراز یا چرخهای بالانس نشده میتوانند لرزشهای با فرکانس خاص ایجاد کنند. استفاده از تجهیزات بالانس گیری چرخ و قطعات دوار میتواند در کنترل و کاهش لرزش موثر باشد.
4. تحلیل مودال (Modal Analysis)
تست مودال روشی پیشرفته برای تعیین فرکانسهای طبیعی ارتعاشی قطعات و کل ساختار خودرو است. هدف شناسایی حالتهای رزونانس است که ممکن است باعث تشدید لرزش شود و بر اساس آن راهکارهای مهندسی اتخاذ میشود.
راهکارهای کاهش لرزش در خودروها
1. بالانس دقیق قطعات دوار
انجام مراحل بالانس در تولید موتور، میللنگ، چرخها و دیگر قطعات دوار از ابتداییترین و موثرترین راهکارهای کاهش لرزش است. حتی تغییر کوچک در توزیع جرم میتواند دامنه لرزش را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.
2. استفاده از دمپرها و جذبکنندههای لرزش
دمپرهای ارتعاش و کوپلینگهای انعطافپذیر در سیستم انتقال قدرت وظیفه کاهش انتقال لرزشها را بر عهده دارند. همچنین، استفاده از مواد جذبکننده ارتعاش در نقاط اتصال بدنه نیز میتواند مفید باشد.
3. طراحی بهینه سیستم تعلیق و شاسی
سیستم تعلیق باید بتواند لرزشهای ورودی از جاده را به طور مؤثر جذب و دفع کند. طراحی سیستم کمکفنر، فنرها و بوشها مطابق با شرایط کاری واقعی نقش کلیدی در کاهش لرزش دارند.
4. عایقبندی و جداسازی کابین
با استفاده از لاستیکهای عایق و مواد جذب صوت و لرزش در ساختار کابین میتوان سطح انتقال لرزش به داخل خودرو را کاهش داد و راحتی سرنشینان را بهبود بخشید.
5. نگهداری و سرویس منظم
تعویض به موقع قطعات فرسوده مانند بوشها، کمکفنرها و بالانس چرخها از ایجاد لرزشهای ناخواسته جلوگیری میکند.
مثال فنی کاربردی: کاهش لرزش موتور با وزنههای تعادل
در موتورهای خطی چهار سیلندر، پیستونها و میللنگها باعث ایجاد نیروهای تعادلی متقاضی میشوند که منجر به لرزشهای قابل احساس میگردند. طراحان با قراردادن وزنههای تعادل (Balancer weights) و استفاده از میللنگهای خاص سعی در خنثی کردن این نیروها دارند. به عنوان مثال، در موتورهای هوندا سری K، وزنههای تعادل چرخان در خلاف جهت میللنگ، تکانهای تولید میکنند که حرکتهای لرزشی اولیه را کاهش میدهد.
نتیجهگیری
لرزش (Vibration) جزء مهمی از مباحث NVH در خودروها میباشد. شناخت منابع مختلف لرزش، تحلیل دقیق و اعمال راهکارهای مهندسی برای کاهش آن، نقش کلیدی در افزایش کیفیت، عمر قطعات و راحتی سرنشینان ایفا میکند. با استفاده از تکنولوژیهای مدرن سنجش و تحلیل و همچنین روشهای مهندسی بهینه، میتوان خودروهایی ساخت که هم از نظر عملکرد و هم از نظر تجربه رانندگی، در سطح بالایی قرار داشته باشند.