ВИБРОШУМОДЕМПФИРУЮЩАЯ ПАНЕЛЬ КАБИНЫ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1997 года по МПК B60R13/08 

Изобретение относится к транспортному машиностроения, а именно к шумовибродемпфирующим панелям (ШВДП), которые монтируются внутри кабины, на элементах кузова, связанных с моторным отсеком автомобилей, тракторов, комбайнов, погрузчиков и других транспортных средств.

Эксплуатация указанных выше транспортных средств с реализацией рабочих процессов в их энергетических установках сопровождается, как правило, повышенным шумом, излучаемым как наружу в окружающую среду, так и в кабину, который оказывает на человека раздражающее воздействие, ускоряет процесс его утомления, ослабляет внимание и значительно ослабляет психические реакции. Отрицательное влияние на водителя тем больше, чем выше уровень шума в кабине и чем продолжительнее его воздействие. Излучаясь наружу из моторного отсека в окружающую среду, шум является одним из серьезных источников загрязнения окружающей среды, отрицательно влияя на здоровье населения.

Интенсивность шума в кабине кузова транспортного средства зависит, кроме всего, от качества звукоизоляции между наиболее шумной зоной транспортного средства моторным отсеком и непосредственно кабиной, а также от степени вибрационного возбуждения и соответствующего излучения структурного шума непосредственно развитой металлической поверхностью щитка передка моторного отсека, который является наиболее вибронагруженной частью кабины, так как с ней связаны виброизоляционные опоры силового агрегата и различные коммуникационные связи (трубопроводы, тяги систем управления и пр.)
С другой стороны, сильное вибрационное возбуждение металлической структуры щитка передка кабины, в силу хорошей вибропроводности металла, легко передается к примыкающим к щитку передка элемента кабины полу, боковинам, дверям и пр. Также жестко установленные на щитке различные электронные устройства (реле, блоки управления, коммутаторы и пр.), являясь очень чувствительным к вибрационным нагрузкам с точки зрения надежности и функционирования, подвергаются неблагоприятным воздействиям интенсивных вибраций, передаваемых от панели щитка передка кузова.

Известно шумовиброизоляционное покрытие (авт. св. СССР N 1678668, МКИ B 60 R 13/08, 23.09.91), которое эффективно по своему прямому назначению, однако имеет ограниченное применение и обладает значительной толщиной и невысокой механической прочностью, так как при воздействии давления на его поверхность изменяет свою плотность, ухудшает шумодемпфирующие качества или даже разрушается, впитывая влагу, вызывающую коррозию и т.п. Следует отметить, что специфической особенностью таких панелей является ограничение их предельной толщины величиной 40 мм, т.к. при больших толщинах существенно уменьшается полезный объем кабины.

В качестве прототипа выбрана звукопоглощающая (ЗП), звукоизолирующая (ЗИ) панель щитка передка кузова транспортного средства (заявка Японии 2-32172, МКИ B 60 R 13/08, 18.07.90)
В прототипе речь идет о ЗП и ЗИ панели, установленной в зоне щитка передка и переднего пола кузова, отличительной особенностью которой является придание уплотнения этой панели в зоне воздействия ног водителя и пассажира, а также применение улучшенной адгезии этой зоны с цельноформованной шумоизолирующей (ШИ) панелью, что в некоторой степени обеспечивает и эффект вибродемпфирования (ВД). В данном случае эффект ВД возникает в процессе изгибных деформаций структуры цельноформованной ШИ панели, сопровождающихся сухим трением составляющих волокон или пенистого скелета со слабым рассеиванием и преобразованием в тепловую энергию.

Однако использование волокнистого или пенистого материала в качестве ВД является малоэффективным, т.к. коэффициент механических потерь таких материалов является маленьким. Поэтому в качестве ВД применяют вязко упругие покрытия в виде мастик, самоклеящихся панелей, изготовленных на основе весового, вязко упругого материала типа битумной мастики, поливинлхлорида, материала АДЕМ и др.

Технической задачей изобретения является улучшение акустического комфорта в кабине кузова транспортного средства за счет повышения эффективности вибродемпфирования панели (ВШДП) щитка передка и примыкающих к ней элементов кузова при одновременном упрощении монтажа ВШДР и обеспечении возможности размещения ВШДР на значительной площади щитка передка и примыкающих к нему элементах кузова.

Сущность изобретения заключается в том, что в известной ВШДП кабины кузова транспортного средства, содержащей многослойное покрытие, смонтированное на элементах кузова, отделяющих кабину от моторного отсека, и снабженное функциональными отверстиями, сопряженными с отверстиями в элементах кузова, названная ВШДП содержит слой весового вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала, и размещена по меньшей мере на нижней части щитка передка кузова, сопряженной с коробом воздухопритока и передним полом кузова. Более того, ВШДП может быть смонтирована не только на панели щитка передка, но и на прилегающей к ней части переднего пола кузова.

Армирующий слой выполняется из металлической фольги, например, алюминиевой толщиной 0,1 0,4 мм. При значительной жесткости армирующего слоя ВШДП придают геометрическую форму сопрягаемой с элементами кузова поверхности. ВШДП может быть выполнена составной. На внутренней поверхности весового слоя панели размещается дополнительный слой адгезионного (липкого) вещества или весовой слой выполняется из материала, полимеризующегося под воздействием повышенной температуры (140 200^oC). По крайней мере с частью функциональных отверстий могут сопрягаться глухие или сквозные прорези.

Эти и другие конструктивные особенности предлагаемой панели подробно будут рассмотрены ниже.

При таком конструктивном исполнении в сравнении с прототипом в значительной степени активизируется механизм подавления шума, обусловленного вибрирующими элементами кузова.

На фиг. 1 показана изометрическая схема фрагмента кузова автомобиля с видом из кабины на панель щитка передка кузова и прилегающей к нему частью переднего пола кузова с установленной на названных элементах ВШДП; на фиг. 2
поперечное сечение фрагмента кузова в зоне щитка передка и примыкающей к нему части переднего пола кузова с установленной на них ВШДП; на фиг. 3 5 - характер деформации ВШДП при изгибных деформациях сопрягающейся зоны вертикальной части панели щитка передка и примыкающей (сопрягающейся) зоны переднего пола кузова; на фиг. 6 8 характер деформаций нижней вертикальной, примыкающей к переднему полу части щитка передка с ярко выраженными изгибными одно- и двуузловыми собственными колебательными модами; на фиг. 9 схематично показ ВШДП; на фиг. 10 11 ВШДП соответственно цельная и составная; на фиг. 12 функция общей передачи "сила-шум", характеризующая способность к звукоизлучению панели щитка передка мотоотсека с установленной на ней ВШДП; на фиг. 13 ВШДП со сквозными разрезами; на фиг. 14 ВШДП с глухими разрезами.

Виброшумодемпфирующая панель кабины кузова транспортного средства содержит многослойное покрытие, смонтированное на элементах кузова, в частности нижней вертикальной части панели щитка 1 передка моторного отсека, прилегающей к щитку 1 передней части 2 пола кузова и снабженное функциональными отверстиями 3, которые сопряжены с отверстиями (не показаны) в элементах 1 и 2 кузова. ВШДП панель содержит слой 4 весового вибродемпфирующего материала, например, это может быть битумный ламинат, поливинилхлорид, сополимер алкилакрилата, смесь полибутадиена и каучука и др. облицованного снаружи армирующим слоем 5 из жесткого материала, например алюминиевой фольгой толщиной 0,1 0,4 м. Панель охватывает не менее половины поверхности 1 нижней вертикальной части щитка 1, которая сопрягается с передней частью 2 переднего пола кузова и которая также может быть охвачена ВШД панелью. В том случае, когда армирующий слой имеет значительную величину и является достаточно жестким, ВШД панели заранее придается геометрическая форма, которая повторяет форму сопрягаемой с ней поверхности панели кузова. ВШД панель может быть выполнена в виде единой детали (фиг. 10) или она может быть выполнена составной (фиг. 11), например, из двух частей 6 и 7, состыкованных между собой по кромкам 8. На внутренней поверхности весового слоя 4 может быть размещен слой 9 адгезионного (липкого) вещества, способного обеспечить высокую адгезию ВШД панели с сопрягаемыми поверхностями 1 и 2 элементов кузова (фиг. 9). Высокая адгезия может быть обеспечена как за счет применения специальных клеевых соединений, срабатывающих при комнатной температуре, термоадгезивного слоя, срабатывающего при температуре 120 - 200^oC, или за счет собственной адгезии вязко упругого материала весового слоя 4 в процессе повышения температуры. Для удобства монтажа ВШД панели функциональные отверстия 3 могут быть снабжены сквозными 10 или глухими 11 прорезями, как это показано соответственно на фиг. 13 и 14.

Дополнительно на фиг. 1 14 показаны короб 12 воздухопотока, капот 13, моторный отсек 14, кабина (пассажирский салон) 15, ветровое стекло 16, дополнительная термошумоизолирующая надставка 17 щитка передка.

Кузовной структурный шум (т.е. излучаемый вибрирующими поверхностями панелей кузова) легкового автомобиля с несущим кузовом (и в особенности, кузовом без жесткой рамы или подрамника для крепления силового агрегата и трансмиссионных агрегатов) является преимущественно низкочастотным.

В соответствии с этим для достижения акустического комфорта в кабине (салоне) 15, в первую очередь, необходимо подавить излучение шума именно в этом низкочастотном диапазоне звукового спектра.

Как известно, применяемые в технике способы звукопоглощения из звукоизоляции в низкочастотном диапазоне спектра при использовании различных материалов являются малоэффективными.

В качестве вибропоглощающих элементов (панелей) используют вязко упругие вибродемпфирующие покрытия, которые с высокой адгезией устанавливаются на поверхности этих вибрирующих панелей, в данном случае это нижняя вертикальная часть панели щитка передка 1 моторного отсека 14 и примыкающий к ней передний пол 2 кузова (кабины) 15. Как уже отмечалось, высокая адгезия обеспечивается за счет применения специальных клеевых соединений, термоадгезивного слоя 9 или за счет собственной адгезии сопрягающейся поверхности вязко упругого слоя 4 в процессе повышения температуры. Наиболее эффективно рассеивание вибрационной энергии происходит в результате реализации сдвиговых деформаций (см. фиг. 3 - 8) в вязко упругом материале слоя 4, что обеспечивается внутренним трением при относительных перемещениях микроэлементов структуры покрытия в процессе деформирования. Сдвиговый механизм микроперемещений эффективно реализуется в структуре типа "сендвич", т.е. в тех случаях, когда вязко упругий демпфирующий материал 4 с высокой адгезией находится между двумя деформируемыми панелями, в частности, нижней вертикальной зоны панели 1 щитка передка и примыкающей к ней панелью 2 переднего пола кузова, причем названные слоистые панели совершают различные по величине деформации как самостоятельные панели и связь между ними осуществляется исключительно через эту демпфирующую прослойку. Схематично этот процесс наглядно показан на фиг. 3 5.

С другой стороны, наличие дополнительного армирующего слоя 5 повышает изгибную жесткость кузовной панели 1 и 2, что благоприятно сказывается на уменьшении динамической податливости панели в целом и соответствующем снижении излучаемого ею шума.

Наиболее целесообразной зоной применения такого вибродемпфирующего покрытия с армирующим слоем 5 является нижняя вертикальная часть панели щитка 1 передка мотоотсека 14 и примыкающая к ней зона переднего пола 2 кабины 15 кузова. В этом случае используется в максимальной степени эффект рассеивания вибрационной энергии в силу использования шумовибродемпфирования в зоне наиболее сильного динамического нагружения и соответственно реализация наибольших сдвиговых деформаций слоя 4 ВШДП, в результате этого обеспечивается наиболее эффективное преобразование вибрационной (деформационной) энергии в тепловую.

Высокая эффективность ВД указанной зоны, вызываемая ее сильной вибронагруженностью, обусловлена расположением ВШДП непосредственно в структуре панелей или в непосредственной близости от них сильно вибрирующих энергоемких коммуникационных связей типа виброизолирующих опор силового агрегата, коробки перемены передач, элемента механизма привода управления коробкой передач, кронштейнов рулевого вала, педального механизма, тросов управления дроссельной заслонкой, различных трубопроводов и других вибрационных связей, возбуждающих и деформирующих панели (зоны этих панелей) в максимальной мере. Соответственно эти зоны становятся, как правило, зонами максимального шумоизлучения и создания акустического дискомфорта в кабине или пассажирском салоне 15 транспортного средства.

Для удобства монтажа ВШДП на панелях в ее конструкции предусмотрены следующие особенности:
функциональные отверстия 3 могут быть снабжены сквозными 10 или глухими 11 прорезями, что позволяет легко устанавливать панель в месте расположения коммуникационных элементов, например рычага переключения передач, педалей, за счет увеличения проходного сечения отверстий 3 путем разъема отверстий 3 по разрезам;
панель может быть изготовлена составной, например, из двух частей 6 и 7, которые при монтаже могут стыковаться с незначительным или с минимальным зазором.

На фиг. 12 показана экспериментально определенная функция общей передачи "сила-шум", характеризующая способность к звукоизлучению панели с установленной на ней ВШДП. Из анализа функции передачи установка ВШДП приводит к существенному снижению звукоизлучения (в сравнении с необработанной панелью), на представленных на фиг. 6 8 резонансных модах щитков Ф1, Ф2, Ф3 в широкой частотной области 100.400 Гц и особенно эффективно на собственных моделях Ф1 (120 Гц) и Ф3 (185 Гц).

Использование: в виброшумодемпфирующих (ВШД) панелях транспортных средств, которые монтируются внутри кабины кузова с целью улучшения акустического комфорта. Сущность изобретения: ВШД панель кабины кузова транспортного средства содержит многослойное покрытие, смонтированное на элементах кузова, отделяющих кабину от моторного отсека, и снабженное функциональными отверстиями, сопряженными с отверстиями в элементах кузова. Новым является то, что ВШД панель устанавливается как минимум на вертикальной стенке щитка передка мотоотсека и содержит слой весового вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала. Как минимум ВШД панель смонтирована на части панели щитка передка мотоотсека, размещенной между коробом воздухопритока и панелью переднего пола кузова, на которой ВШД панель также может быть смонтирована. Слой с высокой адгезией закреплен на панелях, а слой, как правило, выполняется из алюминиевой фольги. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Виброшумодемпфирующая панель кабины кузова транспортного средства, содержащая многослойное покрытие, смонтированное на элементах кузова, отделяющих кабину от моторного отсека, и выполненное с функциональными отверстиями, сопряженными с отверстиями в элементах кузова, отличающаяся тем, что многослойное покрытие выполнено из слоя весового вибродемпфирующего материала, облицованного снаружи армирующим слоем из жесткого материала, и размещено по меньшей мере на нижней части щитка передка кузова, сопряженной с коробом воздухопритока и передним полом кузова. 2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что она смонтирована на панели щитка передка и прилегающей к ней части переднего пола кузова. 3. Панель по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что армирующий слой выполнен из металлической фольги, в частности, алюминиевой. 4. Панель по пп. 1 3, отличающаяся тем, что она имеет геометрическую форму сопрягаемой с элементами кузова поверхности. 5. Панель по пп.1 4, отличающаяся тем, что она выполнена составной. 6. Панель по пп. 1 5, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности весового слоя панели размещен дополнительный слой адгезионного липкого вещества. 7. Панель по пп.1 6, отличающаяся тем, что по крайней мере внутренняя поверхность весового слоя выполнена из материала, полимеризующегося под воздействием тепла. 8. Панель по пп.1 7, отличающаяся тем, что по крайней мере с частью функциональных отверстий сопрягаются глухие прорези. 9. Панель по пп.1 8, отличающаяся тем, что по крайней мере с частью функциональных отверстий сопрягаются сквозные прорези.