miércoles, 17 de mayo de 2023 · 0 min read
Pruebas de Vibración para Mejorar la Comodidad de Conducción de un Automóvil Antiguo de Lujo
Para mejorar la comodidad vibratoria de una joya de vehículo de la década de 1960, un Lancia Flaminia, realizamos algunas pruebas y análisis vibratorios. Actualmente, un entusiasta coleccionista de autos antiguos es dueño del auto. Cuando el motor estaba en marcha, sintió vibraciones inesperadas. Aunque tiene mucho conocimiento sobre NVH, encargó a un cliente de Dewesoft, EASTING, que hiciera el análisis de confort vibratorio de su automóvil.
El Lancia Flaminia
Lancia fue un fabricante de automóviles italiano fundado en 1906 y conocido por producir una gama de vehículos de lujo. Lancia presentó el primer Flaminia en 1957, y la firma italiana de diseño de automóviles y carrocero, Carrozzeria Pininfarina, diseñó la versión sedán. El coche lleva el nombre de Via Flaminia, una de las grandes calzadas romanas establecidas en el 220 a.C. La enciclopedia libre, Wikipedia, comparte estos datos sobre Lancia Flaminia:
El Lancia Flaminia (Tipo 813/823/824/826) es un automóvil de lujo producido por el fabricante de automóviles italiano Lancia desde 1957 hasta 1970. Fue el modelo insignia de Lancia en ese momento, reemplazando al Aurelia. Estuvo disponible a lo largo de su vida como berlina, coupé y descapotable. El Flaminia coupé y descapotable eran coches fabricados con carrocerías de varios prestigiosos carroceros italianos. Pininfarina produjo cuatro limusinas estiradas "presidenciales" Flaminia para su uso en ocasiones estatales.
Se vendieron 12.633 Flaminia en 13 años. Los cupés vendieron más que la berlina de cuatro puertas, un hecho inusual que en ese momento solo se veía en los modelos compactos y medianos estadounidenses cuyas versiones cupé eran modelos estándar de fábrica que costaban lo mismo o menos que el sedán, mientras que las carrocerías construidas de los cupés Flaminia hacían considerablemente más caras que la Berlina, que parece una limusina”.
Lancia presentó el primer Flaminia en 1957, y la firma italiana de diseño de automóviles y carrocero, Carrozzeria Pininfarina, diseñó la versión sedán. El Flaminia fue el último modelo desarrollado antes de que el fabricante de automóviles quebrara y terminara siendo comprado por Fiat en 1969.
El vehículo probado es propiedad de un coleccionista apasionado por la tecnología y los autos antiguos y hoy en día se usa para bodas y otros eventos festivos
LANCIA FLAMINIA SEDAN (1963-1967)
| Tipo de especificaciones | Pieza | Especificaciones |
|---|---|---|
| ESPECIFICACIONES DEL MOTOR – 2.8 | Cilindros | V6 |
| Desplazamiento | 2775 cm3 | |
| Potencia | 95 KW @ 5000 RPM129 PS @ 5000 RPM127 BHP @ 5000 RPM | |
| Torque | 228.5 Nm @ 2500 RPM | |
| Sistema de combustión | Carburador | |
| Combustible | Gasolina | |
| Capacidad del tanque | 58-litros | |
| PERFORMANCE SPECS | Velocidad Máxima | 171 km/h (106 mph) |
| TRANSMISSION SPECS | Drive Type | Rear Wheel Drive |
| Transmisión | Manual, 4 Velocidades | |
| ESPECIFICACIONES DE FRENOS | Frontales | Discos |
| Traseros | Discos | |
| ESPECIFICACIONES DE LAS LLANTAS | Tamaño | 205/55 - R16 |
| DIMENSIONES | Longitud | 4855 mm |
| Ancho | 1750 mm | |
| Altura | 1480 mm | |
| Vía delantera | 1,368/1,370 mm | |
| Dist. entre ejes | 2870 mm | |
| Dist. al suelo | 140 mm | |
| Aerodinámica (Cd) | 0.48 | |
| PESO | Peso muerto | 1560 kg |
| Economía de Combustible (NEDC) | Emisiones de CO2 | 247 g/km |
El socio de pruebas - EASTING
Consultamos a la empresa Easting para los servicios de prueba. Desarrollan y personalizan soluciones de medición. Encontramos que es el socio ideal para la solución de problemas. La experiencia de la empresa en pruebas le permite guiar a los clientes a través de todos los pasos de medición. Todo, desde elegir, suministrar y configurar la instrumentación más adecuada hasta procesar y analizar los datos medidos.
El problema - desequilibrio del eje
El coleccionista de autos antiguos le pidió a Easting que se ocupara de los problemas de vibración de su Lancia Flaminia Berlina de los años 60. Los niveles de vibración perturbaban el confort de conducción. El coche es un sedán de tracción trasera con un motor de 2,8 litros y cilindros V6.
El modelo Flaminia tiene la particularidad de tener un transeje, una combinación de transmisión y eje. El transeje transmite la potencia del motor a las ruedas traseras y proporciona las relaciones de transmisión necesarias para la aceleración y desaceleración.
Por lo general, los transejes de Lancia están diseñados para ser livianos y eficientes y se aplicaron en varios modelos de Lancia. Eran conocidos por su confiabilidad y durabilidad y eran un componente clave de muchos de los exitosos vehículos de la compañía.
Más comúnmente en los automóviles, el embrague se conecta directamente al tren motriz. Sin embargo, en el Flaminia, el embrague está en la caja de cambios en la parte trasera del vehículo. La caja de cambios de este coche está en un solo bloque con el diferencial y los frenos traseros. Este dispositivo técnico refinado asegura una mejor distribución del peso, agarre y frenado.
Sin embargo, esto implica que el árbol de transmisión siempre gira con el cigüeñal del motor. Como consecuencia de este diseño, son perceptibles eventuales desequilibrios del árbol de transmisión. Se siente dentro del automóvil incluso en las condiciones más silenciosas, como con el motor en ralentí y bajas revoluciones.
Figura 3 - Descripción de los componentes
| Número | Descripción |
|---|---|
| 1 | Shaft, gear remote control |
| 2 | Eje, palanca de cambios |
| 3 | End gear control lever shaft lower |
| 4 | Yoke, gear selector |
| 5 | Gearbox |
| 6 | Knob, gear control lever |
| 7 | Lever, clutch pedal |
| 8 | Lever, gear selector idler |
| 9 | Lever, gear connector |
| 10 | Pedal, clutch |
| 11 | Rod, clutch control |
| 12 | Rob, gear control |
| 13 | Rob, gear selector |
| 14 | Propeller shaft |
| 15 | Propeller shaft assy |
El propietario pidió ayuda a Easting para mejorar el índice de confort de conducción de su coche. Nos propusimos reducir el desequilibrio del árbol de transmisión y comprobar el estado de los soportes de goma de la caja de cambios y del motor.
La solución
Se necesitaba NVH (ruido, vibración y aspereza). NVH es una disciplina de ingeniería que estudia las características de ruido y vibración de los vehículos, entre otras:
Calidad de conducción del vehículo (comodidad)
Caracterización de caja de cambios, transmisión, bomba (ralentí, traqueteo, chirrido, etc.)
Tren motriz y transmisión NVH
Formas de desviación operativa
Diagnóstico de Maquinaria Rotativa
Transfer Path Analysis y análisis de propagación estructural
Para abordar la medición del desequilibrio, utilizamos DAQ de la familia SIRIUS y el software DewesoftX con el módulo de Balance y las funcionalidades ODS del módulo Prueba Modal:
Configuración del sistema
La elección de los módulos utilizados refleja la mezcla disponible en EASTING. Usamos el siguiente equipo de prueba para nuestras pruebas de vibración.
SIRIUS-HD-16xACC: módulo SIRIUS DAQ diferencial de 16 canales con modos de entrada de voltaje e IEPE.
SIRIUSm-3xACC-1xACC+ - móduloDAQ SIRIUSm diferencial de 4 canales con voltaje y entrada IEPE.
SIRIUS-CUSTOM: módulo SIRIUS DAQ de 16 canales.
DewesoftX: software de adquisición de datos para grabación de datos, procesamiento de señales y visualización de datos.
DewesoftX Rotor Balancer: equilibrio de rotor de plano simple y doble para el software DewesoftX.
DewesoftX Modal Test: complemento de prueba modal para el software DewesoftX.
Acelerómetros triaxiales 8x PCB Piezotronics
1x tacómetro para RPM
Balanceo de ejes en el vehículo
Balancer el eje de un vehículo de carretera garantiza que el peso del vehículo se distribuya uniformemente alrededor del eje.
La herramienta de balance de Dewesoft para cuerpos giratorios actúa en una sencilla secuencia de tres pasos:
Paso uno, registro del estado real,
Paso dos, agregar una masa de prueba, y
Agregar la masa de corrección calculada en el ángulo apropiado en el último paso.
Diseñamos un par de collares específicos para aplicar las masas de equilibrio sin modificar el trazado original.
Básicamente, funcionaba así:
Medimos el estado inicial y luego añadimos un peso de prueba de la masa conocida.
Calculamos la posición y la masa de un contrapeso.
Se eliminó el peso de prueba y se agregó el peso calculado en el lado opuesto para cancelar el desequilibrio.
Al final, logramos reducir la vibración en los acelerómetros receptores en un 70%.
Orgullosos de nuestro resultado, invitamos al propietario para una evaluación subjetiva. Su juicio fue que había una mejora, sin embargo, el resultado no era perfecto.
Hicimos un análisis más detallado de las monturas. Nuestro procedimiento de balanceo podría haberse visto afectado por una frecuencia natural sospechosa. ¡Nunca balancee a través de la resonancia! Además, analizamos un sistema elástico que cambia sus propiedades con la temperatura y la carga.
Para comprender mejor el comportamiento, instrumentamos el automóvil para realizar la prueba ODS.
Formas de deflexión operativas (ODS)
Formas de deflexión operativas (ODS) es una técnica utilizada para identificar la causa raíz de los problemas en los sistemas mecánicos, como la vibración, el ruido o la falla por fatiga. Visualiza el movimiento de componentes individuales durante la operación, mostrando cómo se mueve una máquina o una estructura dentro de sus condiciones operativas. Las pruebas de SAO no implican la aplicación de fuerzas artificiales; la maquinaria en funcionamiento bajo prueba solo se excita por sí misma y solo se miden las señales de vibración de respuesta.
Una serie de sensores, generalmente acelerómetros, se colocan en ubicaciones estratégicas en el sistema mecánico. Estos sensores miden el movimiento de los componentes del sistema mientras opera. Los datos pueden crear una representación gráfica del movimiento del sistema, conocida como forma de deflexión operativa.
Al analizar las formas de deflexión de operación de un sistema, los ingenieros y técnicos pueden identificar áreas de tensión o movimiento excesivos. Luego pueden tomar medidas para corregir el problema y mejorar la confiabilidad y el rendimiento del sistema.
Formas de deflexión de operación de frecuencia (FODS)
Las formas de deflexión operativas de frecuencia (FODS) son una variación de las formas de deflexión operativas (ODS) que agregan un componente de frecuencia al análisis. Al igual que ODS, FODS es una técnica utilizada para analizar el comportamiento dinámico de los sistemas mecánicos durante su funcionamiento mediante la visualización del movimiento de sus componentes. Sin embargo, FODS va un paso más allá al analizar la frecuencia del movimiento, lo que puede proporcionar información adicional sobre el comportamiento del sistema.
Los datos se analizan para determinar la frecuencia del movimiento del componente. Genera una representación gráfica de los movimientos del sistema a diferentes frecuencias, conocida como forma de deflexión de operación de frecuencia. Frecuencia ODS es el método más simple para ver cómo una máquina o estructura se mueve durante la acción a una frecuencia específica.
Durante nuestra medición del sistema de transmisión Flaminia, adquirimos solo las señales sin procesar para acelerar la prueba tanto como sea posible.
Un beneficio de usar FODS sobre ODS es que le permite identificar áreas de movimiento excesivo o estrés en frecuencias específicas. Esto puede ser particularmente útil para identificar problemas que pueden no ser evidentes con un simple análisis ODS. Si, por ejemplo, un sistema experimenta vibraciones a una frecuencia específica, es posible que un análisis ODS no revele el origen del problema. Un análisis FODS, por otro lado, puede identificar los componentes que se mueven excesivamente a esa frecuencia, lo que ayuda a identificar la causa raíz del problema.
Otro beneficio de FODS es que puede proporcionar una comprensión más detallada del comportamiento dinámico de un sistema. Al analizar el movimiento de los componentes del sistema a diferentes frecuencias, es posible identificar patrones o tendencias en los datos que pueden no ser evidentes con un simple análisis ODS. FODS puede identificar problemas potenciales o usarse para desarrollar estrategias para mejorar el rendimiento del sistema.
El módulo de Análisis Modal es compatible con las pruebas de ODS y FODS. Con Frequency ODS, uno de los sensores de aceleración se define como la señal de referencia de excitación y los otros como sensores de respuesta. Como es habitual en el software, las animaciones se pueden mostrar, pero solo funcionan de manera óptima en áreas con buena coherencia.
El único canal matemático habilitado en línea fue el que calcula el valor de RPM a partir del tren de pulsos de voltaje del captador del tacómetro.
El análisis consistió en la forma de deflexión operativa de los puntos medidos y la evaluación de la magnitud de la vibración en RPM/órdenes críticas.
El análisis de orden separa la vibración rotacional o recíproca en órdenes. El primer orden es el valor de referencia correspondiente a la velocidad de rotación de la máquina (RPM). En otras palabras, el primer orden y la frecuencia de rotación tienen el mismo valor. Las ordenes posteriores (2, 3, 4, etc.) son un múltiplo de ese valor.
Conclusión
Nuestro análisis ODS mostró una reducción de primer orden en la frecuencia síncrona, pero un modo de desviación de la caja de cambios "bien animado" todavía estaba a 12 Hz. Habíamos resuelto el problema del equilibrio del eje, pero el comportamiento general aún debe mejorarse.
Nuestro siguiente paso será reemplazar los soportes viejos y desgastados, luego repetir la prueba para verificar el comportamiento de la caja de cambios y, finalmente, volver a verificar el equilibrio del eje de la hélice.
