O que é Ruído, Vibração e Aspereza (NVH)?
Ruído, vibração e aspereza (frequentemente abreviados como NVH) referem-se à medição e modificação dos ruídos e vibrações gerados por uma máquina. O NVH foca principalmente em veículos de passageiros, como carros e caminhões, onde o ruído e a vibração são fatores determinantes para o conforto do usuário.
Por que o NVH é importante?
O ruído e a vibração são elementos importantes na experiência do(a) passageiro(a) num veículo. A otimização de NVH permite que os fabricantes de automóveis minimizem sons e sensações indesejáveis (como ruídos altos e vibrações bruscas) enquanto potencializam os sons desejáveis (como o ronco de um carro esportivo ou de uma motocicleta). Os veículos elétricos, com diferentes trens de força (powertrain) e requisitos de redução de peso, apresentam desafios únicos.
Consequentemente, o gerenciamento adequado de NVH num veículo de passageiros é fundamental para aumentar o conforto e a segurança, melhorar a percepção da qualidade e diferenciar uma marca de seus concorrentes.
O que é ruído?
Os sons produzidos pelo funcionamento de uma máquina são chamados de ruído, uma grandeza física e objetiva que abrange frequências audíveis medidas em Hertz (Hz). Frequentemente, os problemas concentram-se em dezenas de Hz até vários kHz (normalmente de 20 a 5.000 Hz, podendo ir além). O ruído é transmitido ao(à) passageiro(a) principalmente pelo ar (aéreo).
O que é vibração?
A oscilação mecânica sentida em toda a máquina durante o funcionamento é chamada de vibração e, normalmente, ela é mais impactante de alguns Hz até algumas centenas de Hz, na maioria dos casos de 1 a 200 Hz. A vibração é transmitida ao(à) passageiro(a) principalmente através da estrutura (estrutural).
O que é aspereza?
A aspereza é a experiência subjetiva da combinação de ruído e vibração. Ela é frequentemente avaliada através de testes com usuários, mas nem todos os ruídos e vibrações são igualmente incômodos para todos os usuários.
Fontes de NVH em carros
As fontes de NVH em carros são classificadas numa das três categorias: aerodinâmicas, mecânicas e elétricas.
- Aerodinâmicas: Causadas pelo vento, pelo fluxo de ar contra a carroceria do carro e pelos sistemas de climatização (HVAC). Incluem vibrações de fluxo de ar e sons de uivos, assobios e zumbidos, tanto tonais quanto de banda larga.
- Mecânicas: Causadas pelo funcionamento do trem de força (powertrain), atrito dos freios e dos pneus. Incluem ruídos e vibrações da estrada, ruídos de combustão, zumbido de engrenagens, entre outros, tanto tonais quanto de banda larga.
- Elétricas: Causadas por alternadores, motores e inversores de VE. Frequentemente, são percebidas como zumbidos de alta frequência e ruídos tonais.
Como otimizar o NVH
O ruído aéreo é combatido principalmente com vedação, absorção e barreiras; o amortecimento de painéis vibratórios também pode reduzir o ruído aéreo indiretamente ao diminuir a radiação sonora. Já a vibração estrutural, transmitida, por exemplo, pelo volante, piso ou assentos, é combatida com isolamento (coxins/buchas) e amortecimento na própria estrutura.
Amortecimento
Quanto ao NVH e materiais automotivos, o amortecimento limita as vibrações mecânicas ao converter sua energia em calor.
Os materiais viscoelásticos são, simultaneamente, elásticos (semelhante a uma mola) e viscosos (semelhante a um fluido). Quando uma força física lenta é aplicada, suas moléculas se movem umas contra as outras como um fluido, causando atrito que dissipa a energia física na forma de calor. Isso lhes confere um alto fator de perda, ou seja, a capacidade de converter força física em calor, o que lhes permite absorver vibrações em vez de transmiti-las ao restante do veículo.
Isolamento vs. Amortecimento
Isolamento e amortecimento são conceitos distintos. O isolamento reduz a transmissão da força ao desacoplar a fonte da estrutura (molas, coxins de borracha/TPE), ajustado por meio de rigidez e geometria. Alguns isoladores são viscoelásticos, proporcionando um amortecimento útil. Por outro lado, o amortecimento converte a energia vibracional em calor dentro de materiais viscoelásticos ou em placas de amortecimento de camada restrita (CLD), reduzindo a ressonância e a radiação do painel.
Os polímeros viscoelásticos, incluindo elastômeros e elastômeros termoplásticos, são os materiais mais utilizados para amortecimento de NVH, tanto em componentes de isolamento quanto em materiais de amortecimento. Saiba mais sobre os materiais com alto fator de perda fornecidos pela Kuraray abaixo.
Processo de otimização
A otimização de NVH começa com a medição através de métodos objetivos (microfones, acelerômetros, dinamômetros e outros) e subjetivos (testes de aspereza da experiência do usuário). Ao combinar modelagem acústica com testes em situações reais, os engenheiros selecionam o design e os materiais adequados para minimizar os problemas de NVH.
Padrões de design de baixo NVH no setor de transportes
Sistemas de isolamento fabricados com materiais elastoméricos com propriedades de amortecimento inerentes são elementos essenciais no design automotivo. Os isoladores de vibração comuns incluem coxins e buchas de transmissão, coxins e buchas de motores elétricos, placas de desacoplamento de bateria e desacopladores de painel/console.
Outros componentes exigem amortecimento ou isolamento, dependendo de sua função. Bases e tubulações do compressor de climatização HVAC dependem principalmente do isolamento proporcionado por coxins elastoméricos, embora sua viscoelasticidade proporcione algum amortecimento secundário. Revestimentos internos antirruído e anti-vibração atuam como elementos de amortecimento reais, suprimindo ruídos induzidos e microvibrações por atrito. Por outro lado, o isolamento contra ruído de pneus/estrada atua principalmente como um sistema de absorção e barreira, em vez de um tratamento de amortecimento. O amortecimento eficaz em painéis e revestimentos internos é especialmente importante, uma vez que a sua vibração é frequentemente um dos ruídos mais altos e próximos ao usuário durante o funcionamento.
Outras soluções de NVH são mais comuns nos setores industrial e de construção, eletrônicos, e em certos setores de transporte, como pisos flutuantes em trens, suportes de equipamentos com amortecimento em aviões e vedação de escotilhas em barcos.
Escolhendo elastômeros e TPEs para NVH no setor de transportes
Os elastômeros e elastômeros termoplásticos (TPEs) são altamente customizáveis e adequados para praticamente qualquer aplicação de amortecimento de NVH, tanto em sistemas de isolamento quanto em amortecimento geral.
- Dureza: Considere a dureza exigida para sua aplicação. As opções variam de géis elastômeros termoplásticos muito macios a plásticos rígidos e duráveis.
- Capacidade de amortecimento: Priorize propriedades mecânicas fundamentais, como capacidade de amortecimento (fator de perda mais elevado) e elasticidade, e determine as temperaturas e frequências exigidas para sua aplicação.
- Densidade: Em casos em que as metas de peso são um fator importante, priorize materiais que ofereçam alto amortecimento com baixa densidade.
- Fadiga e propagação de trincas: Para componentes de longa duração, certifique-se de que as peças que serão repetidamente comprimidas ou tensionadas utilizem materiais com resistência à fadiga e à propagação de trincas.
- Resistência a produtos químicos e óleos: Identifique a que o material será exposto, especialmente para utilização em sistemas de isolamento dentro do trem de força (powertrain).
- Processamento: Considere o processamento, a redução de peso e a reciclabilidade ao comparar elastômeros termoplásticos moldáveis com as borrachas termofixas tradicionais.
- Compatibilidade: Confirme a compatibilidade do material com os substratos ao realizar moldagem por injeção, sobremoldagem, colagem ou ao utilizar adesivos poliméricos. Verifique a compatibilidade do formato ao decidir sobre a utilização em peças moldadas, laminados, filmes ou adesivos sensíveis à pressão.
Materiais para reduzir ruído, vibração e aspereza
Os elastômeros, incluindo borracha e poliuretano, proporcionam isolamento principalmente através do ajuste da rigidez para reduzir a transmissão de força, enquanto sua viscoelasticidade inerente também contribui para o amortecimento secundário. O policloreto de vinila é mais comumente utilizado como barreira acústica ou material isolante devido à sua densidade e flexibilidade, e não como um principal meio de amortecimento.
Em contrapartida, os polímeros viscoelásticos formulados especificamente para amortecimento, como os utilizados em placas amortecedoras especializadas e sistemas de amortecimento de camada restrita (CLD), estão entre os materiais mais eficazes para reduzir a vibração estrutural e o ruído irradiado.
TPEs e elastômeros da Kuraray
Os polímeros viscoelásticos combinam as propriedades da borracha e do plástico num material durável, de alta processabilidade, eficaz em amplas faixas de temperatura e excelente na absorção e dissipação de energia.
HYBRAR™
O HYBRAR™, exclusivo copolímero em bloco, é o produto especializado da Kuraray que oferece excelente amortecimento sonoro e vibratório numa ampla faixa de temperatura. O HYBRAR™ também é um componente essencial em compostos flexíveis com desempenho superior em termos de amortecimento. Além disso, atua como um modificador para plásticos automotivos, como ABS e PBT, conferindo propriedades de amortecimento de vibração que melhoram NVH (Ruído, Vibração e Aspereza) nos interiores de veículos.
SEPTON™
A série SEPTON™ de copolímeros em bloco de estireno da Kuraray oferece alta elasticidade, excelentes propriedades mecânicas, alta resistência ao calor, desempenho em baixa temperatura e boa resistência química e às intempéries. Por ser um TPE seguro, durável e de fácil processamento, com elasticidade semelhante à da borracha, é um substituto ideal para borrachas de cura lenta em materiais automotivos.
KURARAY LIQUID RUBBER
Para amortecimento de vibrações à base de borracha, a Kuraray oferece o KURARAY LIQUID RUBBER, um plastificante e agente taquificante flexível, que é covulcanizável com borrachas base. O KURARAY LIQUID RUBBER pode reduzir o tempo de mistura e o consumo de energia, oferece maior durabilidade e está disponível em diversos graus para uma ampla gama de aplicações. Para borrachas com excelentes propriedades de amortecimento, solicite nossa Borracha Líquida de Estireno-Butadieno (L-SBR).
Recursos e benefícios
- Opções em TPE e à base de borracha
- Potente amortecimento sonoro e vibracional
- Excelente resistência ao calor e às intempéries
- Processabilidade aprimorada
Aplicações
- Automotiva
- Setor de transportes: Ferroviário, marítimo e aviação
- Indústria e construção
- Eletrônica
Conclusão
Os polímeros viscoelásticos, como os elastômeros termoplásticos, são materiais ideais para amortecimento de NVH, tanto em sistemas de isolamento quanto em amortecimento estrutural. Para saber mais sobre os elastômeros da Kuraray para utilização em amortecimento de NVH, entre em contato com nossos especialistas através do formulário abaixo.
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