Шкив коленчатого вала для привода вспомогательных агрегатов поршневой машины Российский патент 2018 года по МПК F02B77/00 F16H55/36 F16F15/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к транспортному и энергетическому машиностроению, преимущественно к поршневым машинам (ПМ) типа поршневых двигателей внутреннего сгорания (ПДВС), поршневых насосных установок (ПНУ) и поршневых компрессорных установок (ПКУ), содержащих кривошипно-шатунный механизм (КШМ), оборудуемый коленчатым валом, на концевом участке которого (носке коленчатого вала) смонтирован шкив, предназначенный для механического ременного привода различных вспомогательных агрегатов и систем, содержащихся в составе ПМ (ПДВС, ПНУ, ПКУ) типа генератора, кондиционера, водяного, масляного или топливного насосов.

Вследствие жесткого монтажа ступичной части шкива коленчатого вала для привода вспомогательных агрегатов ПДВС (ПКУ, ПНУ) на концевой виброактивной зоне (на носке) коленчатого вала (коленвала), непосредственно воспринимающего интенсивные знакопеременные нагрузки, возникающие в КШМ от действия газовых сил, неуравновешенных сил и моментов инерции, при осуществлении рабочего процесса в ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ), в результате которых он совершает взаимосвязанные изгибные, крутильные и осевые колебания и, соответственно, непосредственно сообщает (передает) их жестко смонтированному на нем (на его концевом участке) шкиву коленвала, предназначенному для привода вспомогательных агрегатов, то последний (шкив коленвала), в свою очередь, также совершает соответствующие пространственные изгибные, крутильные и осевые колебания с колебаниями его составных частей, трансформирующиеся, в конечном итоге, в звуковое (шумовое) излучение, характеризуемое структурным шумом, производимым шкивом коленвала ПМ в окружающее пространство, По сути, колеблющаяся дисковая часть шкива коленвала ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ) представлена колеблющимся пластинчатым диафрагменным излучателем звуковой энергии типа диффузора громкоговорителя, в то время как его колеблющаяся ступичная часть, жестко смонтированная на колеблющемся носке коленвала ПДВС, представлена возбуждающей электромагнитной системой (звуковой катушкой). Наиболее интенсивное звуковое (шумовое) излучение шкива коленвала ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ) регистрируется как на режимах резонансных (изгибных, крутильных, осевых) колебаний коленвала, так и непосредственно на собственных резонансных колебаниях его дисковой части. Шумовое излучение, формирующееся в пространственной воздушной зоне вблизи шкива коленвала, может существенно усиливаться виброакустическим возбуждением и звуковым излучением присоединенных к подшипниковой опоре коленвала изгибно колеблющихся стенок корпусных деталей ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ) - передней крышки блока цилиндров и торцевой стенки маслянного поддона. Таким образом, пространственная воздушная зона локализованного размещения шкива коленвала ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ) характеризуется высокой концентрацией (высокой интенсивностью) излучения звуковой энергии (паразитным шумовым излучением) и нуждается, в связи с этим, в эффективном подавлении этого паразитного шумового излучения.

С другой стороны, вращающийся шкив коленвала ПМ совершает также и сопутствующее аэродинамическое шумовое возбуждение и излучение, производимое им в окружающую среду (аэродинамически возбуждает прилегающий к нему воздушный столб). В особенности, это относится к устройствам, когда используется спицевая конструкция шкива коленвала ПМ с образующимися крупногабаритными окнами, или конструкция шкива коленвала ПМ с выполненными сквозными малогабаритными отверстиями в его дисковой части, а также и другими возможными характерными конструктивными неоднородностями, содержащимися в его дисковой части или ободе (например, радиальными ребрами жесткости, расположенными в дисковой части шкива, острыми кромками, элементами балансировки), способными в процессе вращения шкива при быстром угловом перемещении их в упругой воздушной окружающей среде (осуществлять динамическое перемешивание воздушной среды) генерировать соответствующее аэродинамическое шумовое излучение лопастного (лопаточного) типа, проявляющееся преимущественно на дискретных частотах (и на кратных им гармоникам) по отношению к угловой скорости (частоте) вращения шкива, равной и/или кратной, например, числу отверстий, числу спиц (числу окон). Также при этом генерируется и широкополосное средне- и высокочастотное шумовое излучение турбулентной вихреобразующей природы. Таким образом, существует проблема исключения (максимального подавления) такого типа паразитных шумовых излучений, загрязняющих окружающую среду и ухудшающих потребительские свойства (акустический комфорт) эксплуатируемого технического объекта, а также затрудняющих соблюдение требований нормативных стандартов, регламентирующих предельно-допустимые значения шумовых излучений технических объектов, например, автотранспортных средств (АТС), или стационарных ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ).

Известен шкив, предназначенный преимущественно для ПДВС, по авторскому свидетельству СССР №819461 (дата публикации 07.04.1981), в котором для снижения уровней производимого им структурного шума, его конструкция выполнена спицевой, с крупногабаритными окнами в дисковой части, что обеспечивает динамический процесс быстрого компенсационного выравнивания полей давлений, формирующихся по обеим (лицевой и тыльной) сторонам его дисковой части, за счет выполнения в ней крупногабаритных окон и образующихся соответствующих малогабаритных составных колеблющихся пластинчатых элементов шкива (спиц и обода). Реализация динамического процесса быстрого компенсационного выравнивания полей давлений по обеим сторонам такого типа выполненных малогабаритных пластинчатых элементов шкива (спиц, обода), по сути, устраняет дисковую часть шкива как значимый доминирующий источник структурного шумового излучения шкива диафрагменного типа, за счет выполнения в ней крупногабаритных отверстий (окон), с образованием соответствующих конструктивных элементов - малых габаритов спиц, что также сокращает и площадь излучающей структурный шум поверхности шкива. Таким образом обеспечивается более слабое динамическое возбуждение упругих волн давления колеблющейся дисковой частью шкива (его спицевой конструкцией), распространяющихся в прилегающей воздушной среде в виде звуковых волн и воспринимаемых человеком (регистрируемых инструментальными средствами измерений уровней звукового давления) в виде структурного шумового излучения той или иной интенсивности (тех или иных значений уровней звука, оцениваемых в дБА). Однако в это же время, известная спицевая конструкция шкива коленвала очевидно характеризуется повышенным уровнем генерирования аэродинамического шума, производимого вращающимися спицами и другими выделяющимися конструктивными неоднородностями конструкции шкива.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР №1237846 (публикация 15.06.1986) по дополнительному совершенствованию указанного выше изобретения по авторскому свидетельству СССР №819461, представленное в виде выполнения конструкций спиц шкива коленвала ПДВС переменного сечения с моментами сопротивления изгибу пропорционально их расстояниям от ступицы к ободу шкива, что способствует улучшению акустических (дополнительное снижение структурного шума) свойств, при обеспечении приемлемых прочностных характеристиках и уменьшении металлоемкости конструкции. Однако и эта известная конструкция шкива характеризуется неудовлетворительными аэродинамическими характеристиками генерирования шумовых излучений.

Известна конструкция спицевого шкива по авторскому свидетельству СССР №934096 (публикация 07.06.1982), в котором в конструкции его обода выполнены отверстия перфорации, позволяющие дополнительно уменьшить излучение структурного шума, производимого колеблющимся ободом шкива за счет реализации физических процессов соответствующих эффективных компенсаций полей динамических давлений, формируемых колеблющимся ободом шкива (его противолежащими поверхностями), что влечет дополнительное снижение излучаемого им структурного шума. В это же время вращающаяся спицевая конструкция шкива продолжает являться нежелательным источником (генератором) аэродинамической составляющей шумового излучения шкива.

Известны также технические решения по уменьшению аэродинамической составляющей шума, генерируемого отдельными конструктивными элементами шкива. Так, в частности, по авторскому свидетельству СССР №1430649 (публикация 15.10.1988) известна конструкция «сборного шкива», выполненного в виде комбинированного технического устройства, интегрирующего конструкцию приводного шкива и вентиляторной крыльчатки, дополнительно генерирующей выраженный паразитный аэродинамический шум, который нуждается в его эффективном подавлении. Данная техническая задача разрешается путем соответствующего формирования в составе конструкции шкива дополнительного шумозаглушающего элемента резонаторного типа, в виде акустического резонатора Гельмгольца, настраиваемого на подавление доминирующей в спектре шумового излучения дискретной частотной составляющей в виде лопаточной частоты крыльчатки. Однако на неустановившихся (переменных) скоростных режимах работы ПМ, вследствие изменения частоты (угловой скорости) вращения сборного шкива, изменяется и лопаточная частота аэродинамического шума, генерируемого вентиляторной крыльчаткой. Для настройки применяемого акустического резонатора Гельмгольца на возникающее изменение лопаточной частоты крыльчатки используются подвижные шторки, в той или иной степени перекрывающие проходные сечения горлышек акустического резонатора Гельмгольца в соответствие со скоростным режимом вращения сборного шкива. Отмеченное техническое решение отличается узкополосным частотным диапазоном заглушения, характеризующим типичную классическую конструкцию акустического резонатора Гельмгольца, а также дополнительно возникающим паразитным высокочастотным аэродинамическим шумом, генерируемым вихреобразующими конструктивными элементными неоднородностями шкива (подвижными шторками, горлышками). Также указанная конструкция сборного шкива характеризуется сложностью и эффективностью частотной настройки такого адаптивного (следящего) устройства заглушения аэродинамического шума, сложностью ее изготовления и высокой стоимостью.

Согласно авторскому свидетельству СССР №1527442 (публикация 07.12.1989) известна конструкция сборного шкива, содержащего конструктивный элемент подавления аэродинамического шума, генерируемого вентиляторной крыльчаткой, входящей в состав сборного шкива, выполненного в виде объемного резонаторного звукопоглощающего элемента - акустического резонатора Гельмгольца. Акустический резонатор Гельмгольца согласно описанию авторского свидетельства СССР №1527442 настроен преимущественно на подавление звукового излучения (аэродинамического шума) выраженной дискретной частотной составляющей, проявляющейся на лопаточной частоте вентиляторной крыльчатки, на конкретном скоростном режиме работы (на заданной постоянной частоте вращения сборного шкива). При изменении частоты вращения сборного шкива, как это, например, имеет место в ПМ (ПДВС), смонтированных на АТС, в широких пределах скоростного режима работы ПДВС (от минимальных значений оборотов его холостого хода до оборотов максимальной мощности ПДВС), вследствие соответствующего изменения частоты вращения коленвала ПДВС и соответственно частоты вращения шкива коленвала, смонтированного на его носке, использование такой узкочастотнонастроенной по заглушению аэродинамического шума конструкции сборного шкива становится, по сути, бесполезным. Для обеспечения некоторого расширения частотного диапазона шумоглушения аэродинамического шума, в такой конструкции сборного шкива, полости горлышек акустических резонаторов Гельмгольца (проходные сечения полостей отверстий перфорации, выполненных в стенке резонаторной полости акустического резонатора Гельмгольца) могут дополнительно заполняться пористым звукопоглощающим веществом. Однако такое конструктивное исполнение сборного шкива, содержащего малогабаритное звукопоглощающее устройство резонаторного типа, является недостаточно эффективным, в том числе, и ввиду осуществляемого свободного интенсивного излучения звуковой энергии, производимого внешней периферической кромочной зоной вентиляторной крыльчатки, удаленной от воспринимающих звуковые волны горлышек акустического резонатора Гельмгольца. Проанализированная конструкция сборного шкива также не содержит в своем составе каких-либо шумоподавляющих элементов для снижения структурного шума, генерируемого колеблющимися стенками дисковой и крыльчаточной зоны сборного шкива, что является его существенным недостатком.

Технические решения, изложенные в рассмотренных выше патентах на изобретения SU 819461, SU 934096, SU 1430649, реализацию устройства уменьшения звукового излучения шкива коленвала ПМ предусматривают, в основном, в соответствующем конструктивном исполнении его дисковой части. Она, в частности, содержит крупногабаритные окна (далее - окна), образующиеся между соответствующим образом выполненными спицами и ободом шкива. Под термином крупногабаритных окон дисковой части шкива подразумевается конструкция, в которой их проекция суммарной площади поверхности на плоскость, перпендикулярную оси вращения шкива (суммарная площадь их проходного сечения) превышает не менее 50% площади поверхности конструктивного исполнения сплошной дисковой части шкива (выполненной без окон и спиц). В этих случаях эффект уменьшения структурного шумового излучения дисковой части шкива, обусловленного структурными вибрациями стенки дисковой части шкива, вызван как уменьшением площади поверхности излучателя структурного шума (площади поверхности дисковой части шкива) с выполненными окнами, так и реализацией физического процесса более быстрого компенсационного выравнивания полей давлений, формируемых колеблющейся стенкой дисковой части шкива (спицами, ободом), через указанные окна (уменьшением дипольного момента излучателя звука дипольного типа) в сравнении с вариантом конструкции со сплошной дисковой частью шкива. В известных технических решениях, изложенных выше в патентах на изобретения SU 1430649 и SU 1527442, реализация технического устройства уменьшения звукового излучения шкива базируется на использовании встроенных (интегрированных в конструкцию шкива) частотонастроенных акустических резонаторов Гельмгольца, содержащих камерную и горловые части, в составе комбинированной конструкции приводного шкива и вентиляторной крыльчатки.

В перечисленных выше известных технических решениях используются также и малогабаритные отверстия (далее - отверстия перфорации), выполняемые в конструкции шкивов (в ободе - согласно патенту SU 934096, в стенке полостной камеры сборных шкивов - согласно патентам SU 1430649 и SU 1527442). В этих случаях отверстия перфорации также являются составными элементами технических устройств уменьшения звукового излучения шкивов. При этом их габаритные размеры соизмеримы, как правило, с толщинами стенки дисковой части шкива и преимущественно находятся в диапазоне значений d_п=(1…3)t_д, где d_п - диаметр отверстия перфорации, t_д - толщина стенки дисковой части шкива.

Известна комбинированная конструкция шкива коленвала ПМ, представленная в патенте на изобретение US 4543924 (публикация 01.10.1985), содержащая в своем составе динамический гаситель крутильных колебаний коленвала (демпфер) и звукоизолирующую крышку. Используемая структура звукоизолирующей крышки, изготавливаемой из неопреновой резины и монтируемая на дисковой части шкива для ослабления ее звукового излучения, не обеспечивает в это же время эффектов звукопоглощения звуковой энергии, генерируемой тыльной стороной стенки дисковой части шкива, а также не уменьшает звуковых излучений, производимых близкорасположенными к шкиву коленвала, интенсивно вибрирующими стенками передней крышки и масляного поддона ПМ.

Известна также конструкция шкива коленвала ПМ (ПДВС), выполненная в качестве комбинированной конструкции приводного многоручьевого шкива, интегрированного с демпфером (динамическим гасителем) крутильных колебаний коленвала, согласно заявке на изобретение DE 102010015249 A1 (публикация 20.10.2011), которая принята в качестве прототипа изобретения. Согласно техническому описанию и представленной графической части прототипа уменьшение звукового излучения (структурного шума изгибно колеблющейся тонкостенной пластинчатой конструкции дисковой части) шкива коленвала ПДВС осуществляется дополнительными примененными упруго смонтированными звукоизолирующими звукоотражающими пластинчатыми экранными элементами. Очевидно, что динамически возбуждаемые упруго закрепленные звукоизолирующие звукоотражающие пластинчатые экранные элементы могут являться добротными непосредственными вторичными структурными излучателями звуковой энергии. В особенности, возникающие негативные звукоизлучающие эффекты такого типа конструкции шкива, будут проявляться на резонансных частотах колебаний кольцевой сейсмической массы упругоприсоединенного обода, используемой в качестве динамического гасителя крутильных колебаний коленвала ПМ (ПДВС), непосредственно передаваемых на пластинчатые звукоизолирующие звукоотражающие экранные элементы, а также будут осуществляться на собственных резонансных колебаниях самих пластинчатых звукоизолирующих звукоотражающих экранных элементов, представленных в виде твердоэлементных упругозакрепленных масс и изгибно колеблющихся диафрагм. Кроме указанных акустических недостатков конструкции шкива, выполненной по прототипу, представленный шкив коленвала ПМ также характеризуется сложностью и дороговизной изготовления.

Используемое в конструкции прототипа, как и в аналоге, описание которого приведено в патенте на изобретение US 4543924, устройство уменьшения звукового излучения содержит как элементы ослабления излучения звука, производимого непосредственно шкивом, в виде смонтированных экранных элементов типа звукоизолирующих крышек (пластин) его дисковой части, так и косвенные (промежуточные) элементы ослабления звукового излучения, производимого шкивом, в виде встроенных динамических гасителей крутильных колебаний, интегрированных в комбинированную конструкцию шкива коленвала, представленной кольцевой массой обода в виде колеблющейся сейсмической массы, закрепленной посредством упругого вязкоэластичного резинового элемента к периферической зоне дисковой части шкива. Такого типа используемые динамические гасители крутильных колебаний коленвала ПМ обеспечивают частотно настроенное подавление резонансных крутильных колебаний коленвала, возникающих только на одной собственной (резонансной) частоте крутильных колебаний коленвала (на которую настроен динамический гаситель крутильных колебаний). В это же время амплитудно-частотная характеристика коленвала ПМ характеризуется несколькими собственными резонансными частотами крутильных колебаний (как распределенная упругомассовая колебательная система), на подавление которых такого типа устройства не настроены. В результате резонансные вибрационные возбуждения на этих резонансных частотах крутильных колебаний коленвала передаются непосредственно на шкив коленвала и, в конечном итоге, переизлучаются его дисковой частью в виде интенсивного структурного шума шкива. По аналогичного типа причинам указанные типы динамических гасителей крутильных колебаний коленвала ПМ не эффективны для сопутствующего подавления резонансных изгибных и осевых колебаний коленвала ПМ, ввиду их добротной трансформационной передаче на ступичную часть шкива коленвала ПМ и последующему излучению его дисковой частью соответствующего структурного шума.

Таким образом, рассмотренные в качестве известных аналогов и прототипа конструкции шкивов коленвала ПМ, которые интегрировали бы в своем составе комплексные технические решения, направленные на одновременное эффективное подавление как структурной, так и аэродинамической составляющей шумового излучения, производимого шкивом коленвала ПМ, а также на сопутствующее ослабление шумового излучения в пространственной зоне компоновки шкива коленвала на ПМ, не могут рассматриваться в качестве эффективного технического решения. Именно на решение данной комплексной задачи и направлено заявляемое техническое решение. Заявляемая конструкция шкива коленвала ПМ не только исключает генерирование собственных структурных и аэродинамических шумовых составляющих излучения, производимого шкивом, но и позволяет уменьшить шумовое излучение, производимое другими близкорасположенными от шкива шумоактивными (шумогенерирующими) зонами и системами ПМ. В качестве таких зон следует рассматривать, например, совокупное шумовое излучение, распределенное в виде диффузного звукового поля в замкнутом (частично замкнутом) пространстве моторного отсека АТС. Так, в частности, звуковое излучение, осуществляемое торцевыми поверхностями изгибно колеблющихся шумогенерирующих стенок блока цилиндров ПДВС и масляного поддона ПДВС, расположенных в непосредственной близости от поверхности звукопоглощающей структуры вращающейся дисковой части шкива коленвала ПДВС, будет эффективно поглощаться указанной звукопоглощающей структурой шкива вследствие ее нахождения (компоновочного помещения) в зоне высокой концентрации звуковой энергии, локализирующейся в непосредственной близости от звукоизлучающих структур указанных шумоактивных стенок корпусных деталей ПДВС (в зоне ближнего гидродинамического поля изгибно колеблющихся стенок).

Сущность изобретения заключается в том, что в известной конструкции шкива коленвала ПМ, содержащей ступичную часть, обод, дисковую часть и устройство уменьшения его звукового излучения - устройство уменьшения звукового излучения представлено в виде перекрытых (заполненных) пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом окон и отверстий перфорации дисковой части шкива, выполненных в виде их двухсторонней футеровки пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом, облицованной внешним защитным звукопрозрачным пленочным или фольговым, или нетканного полотна слоем материала.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет критерий "изобретательский уровень" по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

На фиг. 1 представлен продольный разрез ПДВС, с установленным на носке коленвала шкивом коленвала привода вспомогательных агрегатов.

На фиг, 2 показано АТС, в подкапотном пространстве которого установлен ПДВС, содержащий шкив коленвала привода вспомогательных агрегатов.

На фиг. 3 представлен вид спереди футерованного пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ, содержащего окна в дисковой части и отверстия перфорации - в спицах и дисковой части.

На фиг. 4 представлено поперечное сечение шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ, футерованного с обеих сторон дисковой части пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом, заполняющим полости окон в дисковой части и отверстий перфорации в спицах и дисковой части.

На фиг. 5 показан вид спереди футерованного пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ, содержащего окна и перфорированные отверстия в его дисковой части.

На фиг. 6 показано поперечное сечение шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ, футерованного с обеих сторон дисковой части пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом, заполняющим полости окон и отверстий перфорации, выполненных в его дисковой части.

На фиг. 7 показано поперечное сечение шкива коленвала, оборудованного демпфером (динамическим гасителем) крутильных колебаний коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ, в дисковой части которого выполнены окна и отверстия перфорации, заполненные пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом, с двухсторонней футеровкой дисковой части шкива коленвала пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом.

На фиг. 8 приведена схема падения звуковых волн на поверхность пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества, футерующего дисковую часть шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ; сплошными стрелками показаны падающие и отраженные звуковые волны, штриховыми стрелками - обозначены пути дифракционного огибания звуковыми волнами внешних периферических зон обода шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ.

На фиг. 9 представлена схема падения и отражения от звукоотражающих панелей АТС и стенок ПДВС звуковых волн на поверхность пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества, заполняющего полости окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части шкива и футерующего с обеих сторон дисковую часть шкива коленвала ПМ, а также распространения звуковых волн в пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей структуре и при их дифракционном диссипационном огибании внешних периферических зон обода и внешних периферических зон окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части шкива коленвала ПМ.

На фиг. 10 показано конструктивно-технологическое исполнение футеровки дисковой части шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ с полным заполнением полостей окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части.

На фиг. 11 показано конструктивно-технологическое исполнение футеровки дисковой части шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ с футеровкой поверхностей дисковой части при пустотелых полостях окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части.

На фиг. 12 показано конструктивно-технологическое исполнение футеровки дисковой части шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ с частичным заполнением полостей окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части.

На фиг. 13 показано конструктивно-технологическое исполнение футеровки дисковой части шкива коленвала привода вспомогательных агрегатов ПМ с полным заполнением полостей окон и незаполненными отверстиями перфорации, выполненными в дисковой части.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - ПМ;

2 - коленвал ПМ (далее коленвал);

3 - концевой участок (носок) коленвала 2 ПМ 1 (далее носок 3 коленвала 2);

4 - шкив коленвала 2 ПМ 1;

5 - передняя крышка ПМ 1;

6 - блок цилиндров ПМ 1;

7 - масляный поддон ПМ 1;

8 - ремень привода вспомогательных агрегатов ПДВС (не показан);

9 - вентилятор системы охлаждения ПДВС (не показан);

10 - панель брызговика кузова АТС (не показана);

11 - генератор (не показан);

12 - капот (не показан);

13 - дорожное покрытие;

14 - обод шкива 4 коленвала 2 ПМ1;

15- дисковая часть шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

16 - ступичная часть шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

17 - спица шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

18 - перемычки дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

19 - окна дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

20 - отверстия перфорации дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

21 - пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество;

22 - пристеночная зона дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, сопрягаемая с ободом 14 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

23 - пристеночная зона дисковой части 15 шкива 4, сопрягаемая со ступичной частью 16 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

24 - пленочный, или фольговый, или нетканного полотна звукопрозрачный защитный слой вещества, футерующего дисковую часть 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

25 - динамический гаситель (демпфер) крутильных колебаний коленвала 2 ПМ 1;

26 - сейсмическая масса демпфера (динамического гасителя) крутильных колебаний 25 коленвала 2 ПМ 1;

27 - упругая виброизолирующая подвеска сейсмической массы демпфера (динамического гасителя) крутильных колебаний 25 коленвала 2 ПМ 1;

28 - воздухоочиститель системы впуска ПДВС;

29 - панель щитка передка кузова АТС;

30 - облицовка радиатора системы охлаждения ПДВС АТС;

31 - нижний брызговик моторного отсека (не показан);

32 - кожух вентилятора системы охлаждения ПДВС (не показан);

33 - воздушные полости окон 19 и отверстий перфорации 20 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

34 - вентиляционный проем моторного отсека АТС (не показан);

35 - адгезионное вещество (не показано);

d_п - диаметр отверстия перфорации дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

t_д - толщина стенки дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

S_о - суммарная площадь проходных сечений окон 19 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

S_д - площадь поверхности (лицевой или тыльной) дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1;

к_пер - коэффициент перфорации внешнего защитного звукопрозрачного пленочного слоя материала;

σ - сопротивление продуванию воздушным потоком, Н⋅с⋅м^-3;

f_и - частотный диапазон, в Гц, регистрации значений реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r;

α_r - реверберационный коэффициент звукопоглощения (усл. ед.).

Термины, использованные в тексте описания заявки на изобретение.

Звукопоглощение - физический процесс необратимого диссипативного перехода колебательной механической (волновой) энергии, распространяемой в упругой среде звуковой волны, в тепловую энергию. Оценивается в условных единицах коэффициентом звукопоглощения {нормальным - α_n и реверберационным - α_r).

Коэффициент звукопоглощения реверберационный (α_r) - отношение энергии диффузного звукового поля, поглощенной поверхностью исследуемого образца материала (полномасштабной детали), к энергии диффузного звукового поля, падающей на нее; определяется по изменяемому регистрируемому времени реверберации в рабочей полости измерительной реверберационной камеры по результатам помещения в ее полость исследуемого образца материала (полномасштабной детали).

Звукоизоляция. Термин «звукоизоляция» употребляется для обозначения трех технических (физических) характеристик и относится непосредственно к самой акустической (шумопонижающей) конструкции, к комплексному физическому процессу поглощения и отражения звуковых волн акустической конструкцией и к количественной оценке изменения (ослабления) передачи акустического излучения (численного изменения параметров физического процесса энергетической передачи акустического излучения), вносимого используемой акустической конструкцией. Является мерой изоляции звука экранной перегородкой, стеной или панелью, выраженной в дБ.

Перфорированное отверстие (отверстия перфорации) - одно или несколько сквозных отверстий заданной (как правило - идентичной) геометрической формы и габаритных размеров (площади проходного сечения), расположенных друг относительно друга и/или относительно другого близкорасположенного конструктивного элемента детали (узла) на заданном расстоянии. Перфорация - от латинского perforato - пробиваю, прокалываю - технологический процесс выполнения сквозных отверстий заданных размеров, расположенных соответствующим образом в структуре стенки изготавливаемой детали (узла).

Коэффициент перфорации (к_пер) - отношение суммарной площади отверстий перфорации к общей площади лицевой поверхности, стенки (структуры детали) которая была подвергнута процедуре перфорирования (до момента ее перфорирования).

Звукопрозрачность - физическое свойство конструкций, отдельных элементов конструкций (пластин, оболочек, пленок) пропускать звуковую волну без существенного ослабления ее энергии (без существенного отражения в направлении противоположном распространению от источника излучения). Количественно звукопрозрачностъ характеризуется коэффициентом прохождения звука. Конструкция считается звукопрозрачной если вносимое ею ослабление передачи звуковой энергии не превышает 10%.

Дифракция звука - физическое свойство, характеризующее отклонение поведения распространения звука от законов геометрической акустики, обусловленное волновой природой распространения звука, в частности, вызывающее явление загибания распространяемых звуковых волн, в область звуковой тени позади огибаемого звукоотражающего препятствия по габаритам большего по сравнению с длиной распространяемой звуковой волны.

Акустический излучатель дипольного типа (акустический диполь) - точечный излучатель звука, состоящий из двух противофазных сферических излучателей акустических монополей (пульсирующих сфер).

Акустический монополь - классический точечный излучатель типа пульсирующей сферы.

Диссипация виброакустической энергии - необратимое преобразование (рассеивание) механической (виброакустической) энергии в тепловую энергию.

Динамический гаситель колебаний (динамический виброгаситель, динамический вибродемпфер) коленчатого вала ПМ - техническое устройство, работающее на принципе расстройки резонансных колебательных свойств системы без поглощения колебательной энергии (не нашли практического применения в ПМ), или на принципе поглощения колебательной энергии, генерируемой коленчатым валом ПМ, работающее на принципе увеличения неупругих диссипативных потерь (затуханий) в резонирующей колебательной (крутильной, изгибной) структуре коленчатого вала ПМ (гасители сухого трения, гасители жидкостного трения, гидравлические демпферы колебаний). Наибольшее распространение в конструкциях ПМ получили динамические гасители колебаний, содержащие упругий резиновый вязкоэластичный слой, в котором осуществляется диссипация колебательной энергии с ее необратимым преобразованием в тепловую энергию за счет внутреннего (молекулярного) трения в структуре упругого вязкоэластичного элемента (в резиновом слое). Типичный пример реализации динамического гасителя колебаний, интегрированного в конструкцию шкива коленчатого вала ПМ приведен, в частности, в патенте и заявке на изобретения US 4543924 и DE 102010015249 A1 (прототип).

Акустическое сопротивление - отношение комплексной амплитуды звукового давления к колебательной объемной скорости. Действительная часть акустического сопротивления характеризует потери энергии на излучение звука и ее диссипацию в самой акустической системе. Мнимая часть акустического сопротивления обусловлена реакцией сил упругости или сил инерции. Единица измерения Па⋅с/м.

Входное акустическое сопротивление - отношение звукового давления к колебательной скорости на границе полубесконечной упругой среды, откуда падают звуковые волны, с другой упругой средой - куда проникают эти волны.

Пористость - отношение объема пустот в пористой структуре образца материала к общему объему образца.

Анизотропная среда - среда, свойства которой в разных пространственных направлениях различны.

Согласно заявляемому техническому решению внешняя поверхность дисковой части 15 шкива 4 как с ее тыльной, так и с ее лицевой стороны футерована пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, с полным или частичным заполнением полостей дисковой части 15 шкива 4, как полостей окон 19, так и полостей отверстий перфорации 20, указанным пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21. Пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество 21 может быть представлено как в виде пористого открытоячеистого вспененного, так и пористого волокнистого материалов синтетического, минерального, или органического происхождения. Внешняя лицевая поверхность пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 облицована влаго-маслобензостойким пленочным, или фольговым, или нетканного полотна звукопрозрачным защитным слоем 24. Металлическая структура дисковой части 15 шкива 4 с окнами 19 и отверстиями перфорации 20, выполненными в пристеночных зонах 22 и 23 дисковой части 15, сопрягаемых со ступичной частью 16 шкива 4 и ободом 14 шкива 4, и/или непосредственно в спицах 17, или в перемычках 18 дисковой части 15 шкива 4, образующихся между воздушными полостями 33 окон 19, может использоваться в технологическом процессе изготовления заявляемой конструкции шкива 4 коленвала 2 ПМ 1 в качестве внутренней штатной каркасной закладной арматуры, установленной в матричной полости заданной геометрической формы технологической прессформы, в которую подается пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество 21 и облицовочный пленочный, или фольговый, или нетканного полотна звукопрозрачный защитный слой 24, с последующим осуществлением технологического процесса формования конструкции шкива 4, с образованием адгезионных "технологических сшивок" сопрягаемых разнородных структурных слоев материалов, при создании заданных технологических температур, давлений и введения соответствующих адгезионных веществ 35. Заполнение (полное или частичное) пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21 (открытоячеистой вспененной или волокнистой воздухопродуваемой структуры с возможным дозированным введением и объемным распределением фрагментных образований плотных воздухонепродуваемых веществ) полостей указанных отверстий перфорации 20 в пристеночных зонах 22 и 23 дисковой части 15 шкива 4, сопрягаемых со ступичной частью 16 шкива 4 и ободом 14 шкива 4, и/или непосредственно в спицах 17 или в перемычках дисковой части 18, образующимися между воздушными полостями 33 окон 19 дисковой части 15 шкива 4 позволяет при необходимости обеспечивать (повысить) прочностные и адгезионные характеристики сопряжения металлических и пористых звукопоглощающих составных частей элементов шкива 4, обеспечивая заданные долговечностные эксплуатационные требования, предъявляемые к конструкции шкива 4 коленвала 2 ПМ 1. Пористую звукопоглощающую структуру, футерующую дисковую часть 15 шкива 4 предпочтительней использовать в качестве пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих веществ 21, характеризуемых величиной сопротивления продуванию воздушным потоком, находящегося в диапазоне значений σ=900…2000 Н⋅с⋅м^-3. При этом значения его реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r определяются значениями 0,4…0,99 в звуковом частотном диапазоне f_и=400…8000 Гц.

Для обеспечения требований пожарной безопасности эксплуатации заявляемого технического устройства, в структуру пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 могут добавляться антипирены. Таким образом, могут использоваться отдельные вещества или смеси веществ, предохраняющие материалы органического происхождения от воспламенения и самостоятельного горения. Антипирены при этом распадаются с образованием негорючих веществ и/или препятствуют разложению материала с выделением горючих газов. Применяемые антипирены могут наноситься в виде растворов на поверхности пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 или могут пропитывать его внутреннюю пористую структуру. В качестве антипиренов могут использоваться, в частности, гидрооксид алюминия, соединения бора, сурьмы, хлоридов, органические и неорганические соединения фосфора.

Пленочный, или фольговый, или нетканного полотна защитный звукопрозрачный слой 24 может иметь разнообразные конструктивно-технологические исполнения, которые могут быть представлены одно- или многослойными звукопрозрачными структурами с толщиной стенок не превышающей 0,3 мм, изготовленными из металлических или полимерных конструкционных материалов или из комбинированных структур разнородных конструкционных акустических материалов, наделенных высокими звукопрозрачными свойствами. Защитный звукопрозрачный слой 24 может быть также выполнен из сплошных воздухопродуваемых структур конструкционных материалов, включая воздухопродуваемые перфорированные структуры с заданным диапазоном значений коэффициента перфорации Κ_пер≥0,05. Конструкционными материалами защитного звукопрозрачного слоя 24 могут являться эластичная полимерная пленка, металлическая фольга, слой пористого воздухопродуваемого волокнистого нетканого полотна. Технические параметры дополняющих или альтернативно используемых структур конструкционных материалов защитного звукопрозрачного защитного слоя 24 ограничены следующими диапазонами:

- коэффициента перфорации эластичной полимерной пленки или металлической фольги - K_пер≥0,05;

- толщиной слоя эластичной полимерной пленки - 0,010…0,1 мм при ее удельном поверхностном весе 20…70 г/м²;

- толщиной слоя металлической фольги - 0,05…0,3 мм при ее удельном поверхностном весе не превышающем 0,8 кг/м²;

- толщиной пористого воздухопродуваемого волокнистого нетканого полотна- 0,025…0,25 мм, при его удельном поверхностном весе - 20…300 г/м² и удельном сопротивлении продуванию воздушным потоком - 20…50 Н⋅с⋅м^-3;

Применяемые для защитного звукопрозрачного слоя 24 конструкционные пленочные материалы могут быть представлены полиэстеровой алюминизированной, уретановой, поливинилхлоридной пленками, волокнистые нетканые полотна - малифлизом, филтсом, металлическая фольга - алюминиевым, латунным, медным слоем.

Адгезионное соединение, выполненное с применением адгезионного вещества 35, пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 с защитным звукопрозрачным слоем 24 может обеспечиваться с помощью введения дополнительных звукопрозрачных (не оказывающих существенного негативного, не более чем на 10%, уменьшения значения реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r звуковой энергии) определенного типа используемых клеевых адгезионных слоев (липких клеевых или термоактивных термоплавких веществ), выполненных, в частности, поверхностно разнесенными обособленными тонкими сплошными линиями, или поверхностно разнесенными обособленными тонкими прерывистыми линиями, или в виде перфорированного сквозными отверстиями тонкого сплошного поверхностного слоя адгезионного вещества 35 или в виде сплошного звукопрозрачного липкого клеевого слоя с низким удельным поверхностным весом (не более 100 г/м²), или в виде сплошного звукопрозрачного термоактивного слоя адгезионного вещества 35 с низким удельным поверхностным весом (не более 50 г/м²).

Предпочтительные варианты конструктивно-технологических исполнений заявляемого технического решения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Реализация рабочих процессов в ПДВС 1 (ПКУ, ПНУ), связанная с осуществлением динамических взаимодействий в его КШМ, составные элементы (поршни, шатуны, коленвалы) которого воспринимают интенсивные знакопеременные нагрузки от действия неуравновешенных сил и моментов инерции и газовых сил, вызывает соответствующие виброакустические возбуждения корпусных деталей ПДВС (ПКУ, ПНУ) -, в частности, блока 6 и головки цилиндров ПДВС, его клапанной и передней 5 крышек, маслянного поддона 7 и присоединенных к ним вспомогательных приводов, агрегатов и систем. Вызываемые виброакустические возбуждения указанных деталей и узлов ПДВС (ПКУ, ПНУ) трансформируются в соответствующие паразитные звуковые излучения, классифицируемые шумом. Одним из наиболее возбуждаемых структурных элементов ПДВС 1 (ПКУ, ПНУ) является шкив 4 коленвала 2 ПДВС 1 (ПКУ, ПНУ), неподвижно смонтированный на носке 3 коленвала 2 КШМ, совершающий как автономные, так и совместные с колеблющимся коленвалом 2 интенсивные изгибные, осевые и крутильные колебания. Соответственно, шкив 4 коленвала 2 является одним из интенсивных и доминирующих непосредственных излучателей звуковой энергии ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ), ухудшающего ее акустические качества.

Звуковые волны, формирующие, в частности, диффузное звуковое поле в замкнутом (частично замкнутом) пространстве моторного отсека АТС, содержащего ПДВС 1, излучаемые, в частности, шумоактивной зоной передней стенки корпуса ПДВС, расположенной за тыльной стороной дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, встречая на своем пути распространения экранирующие препятствия (в данном случае - дисковую часть 15 шкива 4 коленвала 2), с одной стороны поглощаются его пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, а с другой - часть непоглощенной энергии огибает внешние периферические края обода 14 шкива 4 коленвала 2, в результате чего в зоне перед лицевой поверхностью шкива 4 коленвала 2 образуется зона акустической полутени. Данный физический процесс носит название дифракции звука, который объясняется принципом Гюйгенса, согласно которому каждая точка бегущей звуковой волны является точечным источником новой сферической волны. Огибающая этих волн образует следующий фронт волны. В соответствии с этим принципом точки звуковой волны, расположенные вблизи края экранирующего препятствия (в данном случае - по периферии обода 14 шкива 4 коленвала 2), излучают звук не только в направлении распространения волны, но также в зону геометрической тени позади источника (в данном случае - в зону перед лицевой стороной шкива 4 коленвала 2). Таким образом, из-за осуществляемого дифракционного процесса загибания распространяемых звуковых волн в сторону тыльной стороны экранирующего препятствия (в данном случае - дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, футерованной пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21) и проникновения их во внутреннюю пористую воздухопродуваемую звукопоглощающую структуру пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 футеровки дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, осуществляется дополнительное диссипативное поглощение звуковой энергии с ее рассеиванием в теплоту (снижение уровня шума ПМ). Падающая на тыльную сторону дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 звуковая волна, излучаемая со стороны близлежащей к дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 шумоизлучающей стенки корпуса ПМ будет огибать свободные периферические края обода 14 шкива 4 коленвала 2, устремляясь в область геометрической звуковой тени, под которой подразумевается область пространства перед лицевой стороной дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 (при виде спереди на корпус ПМ - ПДВС, ПКУ, ПНУ со смонтированным шкивом 4 на концевом участке (носке) 3 его коленвала 2). Распространяясь сквозь пористую воздухопродуваемую звукопоглощающую структуру футеровки в зоне окон 19 спицевой конструкции дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, звуковые волны будут огибать краевые периферические участки спиц 17 и обода 14 шкива 4 коленвала 2 с реализацией краевого дифракционного диссипационного поглощения звуковой энергии. Кроме этого, отраженная от поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 часть звуковой энергии, в составе падающей звуковой волны, будет также дифрагировать в теневой звуковой зоне указанного пространства генерирования и распространения звуковых волн. В противном случае, если поверхность дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 выполнена в виде типичной сплошной жесткой воздухонепроницаемой структуры, например, в виде металлической - стальной или чугунной отливки, штампосварной листовой металлической конструкции, как это, в частности, представлено в прототипе (заявка на изобретение DE 102010015249 A1), то процесс отражения звуковых волн от нее будет происходить без изменения фазы. В результате этого обе части рассматриваемой дифракционной звуковой волны будут синфазны и их результирующая суммарная амплитуда звукового давления будет превышать амплитуду звукового давления ее отдельных составляющих. Таким образом, будет происходить усиление излучения звуковой энергии (увеличение шума), а не ослабление - как это предусматривает заявляемое техническое решение.

Наряду с физическим процессом диссипативного дифракционного поглощения энергии звуковых волн, отклоняющимися (загибаемыми) в зонах их внешнего свободного прохождения над открытыми периферическими участками экранирующего препятствия (дисковой части 15 в зоне обода 14 шкива 4 коленвала 2), расположенного на пути распространения звуковых волн, имеет место также физический процесс диссипативного поглощения энергии звуковых волн, распространяемых во внутренней пористой анизотропной среде, содержащей выделяющиеся граничные зоны различающихся плотностей, скачков (резких перепадов) акустических сопротивлений и сопротивлений продуванию воздушным потоком отдельных локализованных зон пористой анизотропной структуры, включая распределенное размещение в ней пустотелых полостей и плотных воздухонепродуваемых участков спиц 17 в зонах выполнения окон 19 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2. За счет образования пустотелых полостей достигается увеличение коэффициента звукопоглощения, преимущественно в низко- и среднечастотных диапазонах звукового спектра, в частности, от 100 до 800 Гц, по сравнению, например, с равноплотными или плавно изменяющимися звукопоглощающими структурами, характеризующимися соответствующими входными акустическими сопротивлениями, сопротивлениями продуванию воздушным потоком σ. Кроме представленных конструктивно-технологических вариантов исполнения пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих структур с включенными пустотелыми полостями могут также применяться дозированные введения с соответствующими объемными распределениями в составе пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей структуры отдельных локализованных частиц (фрагментов, образований), выполненных из плотных воздухонепродуваемых веществ. В этих случаях они могут рассматриваться как гибридные конструктивно-технологические вариантные исполнения, включающие базовую структуру однородного пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21, пустотелые полости и плотные воздухонепродуваемые локализации включений отдельных воздухонепродуваемых веществ. Описанные выше физические процессы имеют место в заявляемом техническом устройстве, отдельные конструктивно-технологические исполнения которых представлены задаваемым сочетанием сопрягаемых пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих структур, содержащихся в составе футеровки дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, плотной воздухонепродуваемой металлической структуры дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 и пустотелых полостей, формирующихся между противолежащими слоями футеровки в зонах окон 19 и отверстий перфорации 20 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2.

При применении звукопоглощающей футеровки поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, содержащей окна 19, выполненной из пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 (пористой вспененной открытоячеистой или пористой волокнистой структуры) - отражение звука (доля звуковой энергии, не проникшей в структуру пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества) от нее будет происходить (в зависимости от реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r пористого звукопоглощающего слоя футеровки), с соответствующим изменением фазы падающей звуковой волны. Поэтому дифрагированные звуковые волны, попадающие в область геометрической звуковой тени (по обе стороны дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2) непосредственно от падающей звуковой волны и в результате ее отражения с измененной фазой от поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, будут в той или иной степени компенсировать друг друга, ослабляя тем самым результирующую амплитуду дифрагированной звуковой волны, образуемую за счет рассогласованного фазового взаимодействия при их сложении. В случае использования варианта сплошной металлической конструкции шкива 4 коленвала 2, оборудованного жесткой звукоотражающей поверхностью его дисковой части 15, как это имеет место в прототипе (заявка на изобретение DE 102010015249 A1), без футеровки его дисковой части 15 пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, в зоне оси его вращения в теневой области звуковое давление отраженной звуковой волны будет равно звуковому давлению в падающей волне. Это объясняется тем, что звуковые волны, огибающие свободные периферические края обода 14 шкива 4 коленвала 2, фокусируются в зоне оси вращения шкива 4 коленвала 2. В случае же использования звукопоглощающей футеровки поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, как это имеет место в заявляемой конструкции шкива 4 коленвала 2 привода вспомогательных агрегатов ПМ - звуковое давление в зоне оси его вращения будет более низким. Действительная степень реализуемой компенсации энергии дифракционных звуковых волн (при коэффициенте звукопоглощения меньше 1) в заявляемой конструкции шкива 4 коленвала 2 - будет определяться его конкретными габаритными размерами, конструктивным исполнением ступичной 16, дисковой 15 частей и обода 14, а также используемой конкретной толщиной футерующего слоя, структурой и физическими свойствами пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21 (габаритными размерами сообщающихся пор и капилярных каналов, пористостью, сопротивлением продуванию воздушным потоком, извилистостью пор, жесткостными характеристиками пористого скелета).

Аналогичного типа протекающие физические процессы дифракционного распространения и поглощения энергии звуковых волн, описанные выше для случая распространения звуковых волн со стороны шумоактивной зоны стенки корпуса ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ) и падением их на тыльную звукопоглощающую поверхность дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, футерованной пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, относятся и для случая распространения звуковых волн с противоположного направления (со стороны лицевой поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2) при падении их на лицевую, футерованную пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, звукопоглощающую поверхность дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2. Источниками излучения звуковой энергии в этом случае могут служить, в частности, рассредоточенные многочисленные «посторонние» источники шума, расположенные в замкнутом (частично замкнутом) пространстве моторного отсека АТС, оборудованного ПДВС (воздухоочиститель системы впуска 28, вентилятор системы охлаждения 9, генератор 11), звуковые волны, отражаемые от поверхностей ограждающих панелей кузова, формирующих моторный отсек АТС (капота 12, панели щитка передка 29, панели брызговиков кузова 10, нижнего брызговика моторного отсека 31, облицовки радиатора системы охлаждения ПДВС 30, кожуха вентилятора системы охлаждения ПДВС 32), а также звуковые волны, отражаемые от поверхности дорожного покрытия 13 в зоне под открытыми вентиляционными проемами моторного отсека АТС 34. Различного типа «посторонними» источниками шума и различными звукоотражающими ограждающими экранными элементами (не относящихся непосредственно к шкиву 4 коленвала 2) характеризуются также и типичные устройства ПКУ и ПНУ.

Используемая в качестве составного конструктивного элемента шкива 4 коленвала 2 ПМ 1 футеровка пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, образующая пористую звукопоглощающую структуру дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 может рассматриваться также как объемный (двухсторонний) поглотитель звуковой энергии, помещенный в диффузное звуковое поле, распределенное, в частности, в пространстве моторного отсека АТС, который реализует всестороннее ненаправленное поглощение звуковой энергии в этом замкнутом (частично замкнутом) пространстве. С учетом близкого зазорного воздушного расположения пористой звукопоглощающей структуры дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 относительно шумогенерирующей жесткой звукоотражающей стенки корпуса ПМ (передней торцевой стенки блока цилиндров 6 и маслянного поддона 7 ПДВС), реализуется возрастание и смещение максимального эффекта звукопоглощения в область более низких частот звукового спектра по отношению, например, к сопоставляемому варианту беззазорной футеровки аналогичной пористой структуры, смонтированной на звукоотражающей поверхности. Вследствие этого, наряду с эффектом увеличения поглощения звуковой энергии, вследствие помещения такого типа объемного поглотителя звуковой энергии в зону ее высокой концентрации (из-за близкого расположения непосредственно к источнику излучения звука, включая зону его ближнего гидродинамического поля), в заявляемом техническом устройстве реализуется и более эффективное подавление низкочастотного звукового излучения, являющегося, как правило, наиболее актуальным в борьбе с транспортными и промышленными (индустриальными) шумовыми излучениями.

Отверстия перфорации 20, выполненные в дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ, наряду с аналогичной функцией окон 19 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, способствуют реализации физических процессов дополнительных сообщительных путей передачи и дополнительного диссипационного рассеивания звуковой энергии, осуществляемого через пористые воздухопродуваемые звукопоглощающие структуры футерующих слоев пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21, частично или полностью заполняющего воздушные полости окон 19 и отверстий перфорации 20 дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1. Также их отдельные конструктивно-технологические исполнения позволяют уменьшить металлоемкость и вес конструкции, улучшить (упростить) технологический процесс изготовления слоенной конструкции шкива 4 коленвала 2 ПМ, состоящей из разнородных конструкционных материалов и обеспечить более высокие эксплуатационные характеристики конструкции за счет повышения адгезионных связей составных слоев (улучшить надежность и долговечность конструкции).

Для обеспечения приемлемых эксплуатационных характеристик внешние поверхности футерующих слоев дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 облицованы внешним защитным звукопрозрачным пленочным (полиэстеровым, алюминизированным, уретановым, поливинилхлоридным) полимерным слоем, или фольговым (алюминиевым, медным, латунным) металлическим слоем или слоем нетканного полотна (малифлиз, филтс) 24.

Процесс окончательной динамической балансировки конструкции шкива 4 коленвала 2 ПМ, производится по завершению технологических операций его изготовления, включая его футеровку пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21. Зоной удаления или введения дополнительной балансировочной массы принимаются торцевые области обода 14 шкива 4 коленвала 2 ПМ.

Таким образом, реализация технического решения, заявленного в качестве изобретения, позволяет осуществлять следующие шумопонижающие эффекты, базирующиеся на следующих физических принципах подавления излучения звуковой энергии:

- наличие окон 19 (с воздушными полостями 33), выполненных в дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, пустотелых, или частично или полностью заполненных пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, позволяет устранить образование высокоамплитудных полей давлений, формирующихся между лицевой и тыльной поверхностями дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1, генерируемых колебаниями дисковой частью 15 шкива, 4, как доминирующего излучателя структурного шума шкива 4 коленвала 2 ПМ, жестко смонтированного на его концевом участке (носке) 3, уменьшая тем самым дипольный момент звукового излучения шкива, представляемого типичным двухсторонним пластинчатым диафрагменным излучателем дипольного типа, что, соответственно, уменьшает излучение звуковой энергии, непосредственно производимое шкивом 4 (его дисковой частью 15);

- перекрытие или заполнение воздушных полостей окон и отверстий перфораций 33, выполненных в дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1 пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом 21, устраняет проблему излучения аэродинамического «вентиляторного» шума, генерируемого при вращении шкива 4 коленвала 2 ПМ 1, содержащего спицы 17 (окна 19), выполненные в его дисковой части 15, включая подавление аэродинамического шума от других возможных конструктивных неоднородностей, содержащихся в конструкции вращающегося шкива 4 (ребер жесткости, острых кромок), закрываемых футерующими поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1 структурными слоями пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21;

- расположение (компоновка) шкива 4 на концевом участке (носке) 3 коленвала 2 ПМ 1 вблизи шумоактивной зоны стенки корпуса ПМ (ПДВС, ПКУ, ПНУ), возбуждаемой рабочими динамическими (вибрационными) процессами, протекающими в ПМ, с небольшим воздушным зазором между поверхностью этой стенки и тыльной стороной дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2, содержащей пористую воздухопродуваемую звукопоглощающую структуру, в пространственной зоне локализации высокой концентрации звуковой энергии, что позволяет осуществлять более эффективное поглощение этой части шумовой энергии ПМ;

- расположение (компоновка) шкива 4 на концевом участке (носке) 3 коленвала 2ПМ 1, смонтированного в замкнутых (частично замкнутых) пространствах моторного отсека АТС, являющимся интенсивно зашумленным, ограниченным ограждающими экранными кузовными элементами воздушным пространством, в котором формируется диффузное звуковое поле от многочисленных «посторонних» источников шума (не связанных с непосредственным изменением шума шкивом 4 коленвала 2 ПМ 1), при конструктивном исполнении его дисковой части 15, содержащей пористую воздухопродуваемую звукопоглощающую структуру, позволяет осуществлять более эффективное всестороннее всенаправленное (как со стороны лицевой, так и со стороны тыльной поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2) поглощение энергии генерируемого диффузного звука в моторном отсеке АТС, которая формируется как первичными многочисленными «посторонними» шумовыми источниками, рассредоточенными в моторном отсеке, так и вторичными шумовыми источниками, образуемыми процессами отражения звуковых волн от поверхностей ограждающих экранных кузовных элементов моторного отсека и дорожного покрытия;

- свободное огибание звуковыми волнами внешней свободной периферической дисковой части 15 и обода 14 шкива 4 коленвала 2 ПМ 1, огибание распространяемыми звуковыми волнами краевых периферических зон спиц 17 (окон 19) внутри пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей структуры пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества 21, излучаемыми как со стороны, близкорасположенной шумоактивной зоны стенки корпуса ПМ 1 (падающими на тыльную сторону поверхности дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2), так и со стороны излучателей шума, расположенных в других пространственных областях моторного отсека, а также звуковых волн, отражаемых от поверхностей ограждающих экранных кузовных элементов моторного отсека и звукоотражающей зоны поверхности дорожного покрытия 13, расположенной над нижним открытым вентиляционным проемом моторного отсека 34 (падающих на лицевую сторону дисковой части 15 шкива 4 коленвала 2), вызывающее физический процесс дифракции звуковых волн с соответствующей реализацией механизма диссипационного рассеивания звуковой энергии, обуславливают эффект дополнительного подавления уровня звуковой энергии в пространстве моторного отсека и обеспечивают уменьшение излучения паразитной шумовой энергии в окружающую среду (уменьшают ее акустическое загрязнение).

Разумеется, заявляемое изобретение не ограничивается приведенными конкретными конструктивными примерами его осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых фигурах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных конструктивных элементов или материалов, из которых эти конструктивные элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шкивам коленчатого вала. Шкив коленчатого вала содержит ступичную часть, обод, дисковую часть и устройство уменьшения его звукового излучения. Устройство уменьшения звукового излучения представлено в виде окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части шкива. Дисковая часть шкива с обеих сторон ее поверхности футерована пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом. Указанное вещество облицовано защитными звукопрозрачными пленочными, или фольговыми, или нетканного полотна слоями материалов. Достигается подавление шумового излучения. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Шкив коленчатого вала поршневой машины, содержащий ступичную часть, обод, дисковую часть и устройство уменьшения его звукового излучения, отличающийся тем, что устройство уменьшения звукового излучения представлено в виде окон и отверстий перфорации, выполненных в дисковой части шкива, которая с обеих сторон ее поверхности футерована пористым воздухопродуваемым звукопоглощающим веществом, облицованным защитными звукопрозрачными пленочными, или фольговыми, или нетканного полотна слоями материалов.

2. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество представлено волокнистым и/или вспененным открытоячеистым звукопоглощающим материалом синтетического, и/или минерального, и/или органического происхождения.

3. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 2, отличающийся тем, что пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество характеризуется физическими параметрами сопротивления продуванию воздушным потоком σ=350…2000 Н⋅c⋅м^-3 и реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r=0,4…0,99 в звуковом частотном диапазоне f_и=400…8000 Гц.

4. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что соотношение суммарной площади проходных сечений окон S_o по отношению к площади поверхности дисковой части шкива S_д составляет не менее 0,5 (S_o/S_д≥0,5), а диаметры отверстий перфорации дисковой части шкива d_п находятся в диапазоне значений d_п=t_д…3t_д, где t_д - толщина стенки дисковой части шкива в зоне выполнения отверстия перфорации.

5. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что внешние защитные звукопрозрачные пленочные слои материалов представлены слоями полиэстеровой алюминизированной, уретановой, поливинил-хлоридной полимерных пленок.

6. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что внешние защитные звукопрозрачные фольговые слои материалов представлены металлическими слоями из алюминия, меди, латуни.

7. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что внешние защитные звукопрозрачные слои нетканного материала представлены слоями воздухопродуваемого нетканого полотна типа «малифлиз» или «филтс».

8. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что поверхности составных элементов дисковой части шкива адгезионно скрепляются с встречными поверхностями слоев пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества липкими клеевыми слоями, и/или термоактивными адгезивами пленочного, волокнистого или порошкового типа адгезионными веществами.

9. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что поверхности слоев внешних защитных звукопрозрачных пленочных, или фольговых, или нетканного полотна материалов, сопрягаемые с поверхностями слоев пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества, скрепляются адгезионными звукопрозрачными соединениями липких клеевых веществ, и/или термоактивных адгезивов пленочного, волокнистого или порошкового типа адгезионными веществами.

10. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество не заполняет воздушные полости окон и отверстий перфорации его дисковой части.

11. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что пористое воздухопродуваемое звукопоглощающее вещество по крайней мере частично заполняет воздушные полости окон и/или отверстий перфорации его дисковой части.

12. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что в структурном составе пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества содержатся фрагментные образования плотных воздухонепродуваемых веществ.

13. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что защитный звукопрозрачный пленочный слой представлен сплошным неперфорированным или перфорированным структурным исполнением, характеризуемым коэффициентом перфорации К_пер≥0,05, толщиной слоя эластичной полимерной пленки 0,01…0,1 мм при ее удельном поверхностном весе 20…70 г/м², или толщиной слоя металлической фольги 0,05…0,3 мм при ее удельном поверхностном весе не превышающем 0,8 кг/м², или толщиной слоя нетканного полотна 0,025…0,25 мм при его удельном поверхностном весе 20…300 г/м² и удельном сопротивлении продуванию воздушным потоком 20…50 Н⋅с⋅м^-3.

14. Шкив коленчатого вала поршневой машины по п. 1, отличающийся тем, что адгезионные сопряжения поверхностных слоев пористого воздухопродуваемого звукопоглощающего вещества и защитных звукопрозрачных слоев пленочного, или фольгового, или нетканного полотна материалов представлены звукопрозрачными адгезионными соединениями липких клеевых или термоактивных термоплавких веществ, выполненных поверхностно разнесенными обособленными тонкими сплошными линиями, или поверхностно разнесенными обособленными тонкими прерывистыми линиями, или тонкими сплошными или перфорированными поверхностными слоями адгезионных веществ, удельный поверхностный вес которых не превышает 100 г/м² - для липких клеевых адгезионных веществ или 50 г/м² - для термоактивных термоплавких адгезионных веществ.