探索減振降噪在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

1、<p>　　探索減振降噪在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：機(jī)械設(shè)計中的減振降噪是一項涉及很多領(lǐng)域的綜合技術(shù)，從某一單一方面的改進(jìn)努力往往得不到預(yù)期效果，本文分析機(jī)械噪音的產(chǎn)生，指出減振降噪的方法，有一定的參考價值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：減振降噪；機(jī)械設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：F407.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p&g

2、t;<p><b>　　1 噪聲源的控制 </b></p><p>　　1. 1 合理選擇材料 </p><p>　　在為機(jī)械設(shè)備選材時，除要考察材料的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性等因素外，為降低噪聲，還應(yīng)分析材料本身的內(nèi)阻尼性能。 </p><p>　　內(nèi)阻尼性能表示一種材料受到激振力的作用時，內(nèi)部分子消耗吸收

3、能量和抑制構(gòu)件振動的能力大小。機(jī)械設(shè)計中普遍應(yīng)用的材料，如銅、鐵、鋁等，內(nèi)阻尼較小，消耗振動的能量少，在激振力的作用下，構(gòu)件表面輻射較強的噪聲; 相比之下，一些高分子材料和減振 ( 阻尼) 合金具有較高的內(nèi)阻尼，在承受激振力的作用時，合金內(nèi)摩擦將引起振動滯后損耗效應(yīng)，將振動的能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，以達(dá)到降噪效果。例如，在齒輪的設(shè)計與選用中，如遇到轉(zhuǎn)速較低，強度要求不大的場合，可以考慮使用非金屬材料制造齒輪，以達(dá)到降低噪聲的目的。與此同時

4、，在多粉塵的工作環(huán)境中和冶金工業(yè)中，使用非金屬材料的齒輪傳動，既可以應(yīng)對多粉塵或者腐蝕嚴(yán)重的環(huán)境，又可以降低噪聲，改善工人們的工作條件。根據(jù)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)李中才的研究，圖 1、圖 2 和圖 3 分別為轉(zhuǎn)速 500r / min、1 000 r / min、1 400r / min 時普通齒輪與阻尼材料齒輪的噪聲對比曲線，其中 A 為普通齒輪，B 為阻尼材料齒輪。B 齒輪的噪聲較 A 齒輪的噪聲普遍低，尤其是在齒輪高轉(zhuǎn)速情況下阻尼材料齒輪的

5、噪聲與普通材料的更低。同時阻尼合金材料在承受一定載荷的情況下能</p><p>　　1. 2 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu) </p><p>　　結(jié)構(gòu)噪聲為一種輻射源不直接暴露在空氣中，通過結(jié)構(gòu)傳播的噪聲。該類噪聲普遍存在于各類機(jī)械的運轉(zhuǎn)中。“齒輪箱等封閉殼體的機(jī)械和振動篩這類以振動為主要工作方式的機(jī)械，結(jié)構(gòu)振動輻射聲占總聲能的比例的 90% ～ 95%。在機(jī)械設(shè)計工作中，針對結(jié)構(gòu)噪聲，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以

6、達(dá)到較好的除聲降噪的效果。下面本文將集中討論幾種典型的結(jié)構(gòu)噪聲的控制方法。 </p><p>　　1. 2. 1 振動篩噪聲 </p><p>　　如常見于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的振動篩就可以通過安裝減振器或者改變軸承滾動體的結(jié)構(gòu)來降低結(jié)構(gòu)噪聲，空心滾動體軸承示意圖如圖 4 所示。在軸間相對運動要求不高的情況下，可以在激振器( 或軸承) 與篩體之間安裝一組減振器，通過適當(dāng)選取減振器參數(shù)既可以使機(jī)體在

7、工作頻率附近獲得穩(wěn)定振幅，保證振動機(jī)正常工作，又可以使機(jī)體的高頻響應(yīng)減小，降噪效果顯著，小型篩降噪量可達(dá) 6dB，對于大中型篩降噪量會更大。反之，如果軸間相對運動精度要求較高，可以采用如下圖所示的空心滾動體軸承，在保證滾動體強度和避開共振區(qū)的條件下也可以獲得較好的降噪效果。 </p><p>　　1. 2. 2 齒輪噪聲 </p><p>　　嚙合的齒輪對或齒輪組，由于互撞和摩擦激起齒輪體

8、的振動，從而輻射齒輪噪聲。當(dāng)齒輪達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，其受迫振動頻率與齒輪箱體、齒輪架或齒輪體的固有頻率產(chǎn)生相等，產(chǎn)生共振，導(dǎo)致輻射噪聲級別急劇增加。齒輪的設(shè)計參數(shù)、齒輪的加工精度及粗糙度、箱內(nèi)潤滑油粘度以及前文所提及的材料選擇均對齒輪噪聲有所影響。 </p><p>　　從以上因素考慮，可以采取以下措施控制齒輪噪聲: ①在滿足生產(chǎn)要求和經(jīng)濟(jì)性的前提下，使用斜齒輪或人字齒輪代替直齒輪，使力傳遞均勻，沖擊載荷減小，運動平穩(wěn)

9、，減少共振，達(dá)到降噪的目的; ②在兼顧負(fù)載的前提下，盡量減小齒輪的壓力角，一般取 20°，以降低噪聲; ③選擇合適的齒側(cè)間隙，以避免齒隙較小的咆哮噪聲和齒隙過大的撞擊噪聲。 </p><p>　　2 噪聲傳播途徑的控制 </p><p>　　2. 1 吸聲技術(shù)與隔聲技術(shù)的應(yīng)用 </p><p>　　利用吸聲材料( 結(jié)構(gòu)) 的粘滯性、內(nèi)摩擦作用和導(dǎo)熱性，將進(jìn)

10、入吸聲材料空隙的聲波的聲能通過空氣和材料的細(xì)小纖維振動轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)而吸收和耗散掉的技術(shù)稱為吸聲技術(shù)。吸聲技術(shù)的應(yīng)用過程即為吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的選擇過程; 利用隔聲材料和隔聲結(jié)構(gòu)隔離或阻擋聲能的傳播的方法稱為隔聲。 </p><p>　　吸聲技術(shù)與隔聲技術(shù)常交叉使用，以達(dá)到良好的降噪效果?？紤]到機(jī)械設(shè)備的噪聲的傳播途徑的控制，可在廠房內(nèi)墻面及屋頂安裝吸聲材料。如上海第九絲織廠，在機(jī)房內(nèi)局部平頂作超細(xì)吸聲棉吸聲處理，

11、以降低機(jī)房內(nèi)混響聲，并相應(yīng)降低機(jī)房向外輻射的噪聲。在工業(yè)用鋼球磨煤機(jī)的降噪技術(shù)應(yīng)用中，可以: ①在筒體上安裝多層耐熱材料復(fù)合的隔聲套，將筒體噪聲經(jīng)阻尼材料的內(nèi)耗衰減和吸聲材料、隔聲材料的吸隔作用而降低; ②隔聲罩是利用罩形結(jié)構(gòu)將鋼球磨煤機(jī)本體、齒輪箱和電機(jī)等噪聲源封閉在一個相對小的空間內(nèi)，減小噪聲向周圍輻射; ③設(shè)立活動或固定式隔聲屏來阻擋聲源和接收者之間直達(dá)聲。 </p><p>　　2. 2 消聲裝置的應(yīng)用

12、</p><p>　　噪聲的消聲可以分為主動消聲與被動消聲，其中噪聲的被動控制法已經(jīng)非常成熟并廣泛應(yīng)用，而主動消聲技術(shù)是新興技術(shù)，多用于高精尖設(shè)備，其使抗噪聲源與早期干擾聲波相結(jié)合導(dǎo)致聲音消失。 </p><p>　　消聲器是最常見的消聲裝置之一，主要分為:阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器六大類。 </p><p>　

13、　安裝消聲器是控制空氣動力性噪聲的有效措施，它既能允許氣流順利通過，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播，值得指出的是，消聲器只能降低空氣動力設(shè)備的進(jìn)排氣口噪聲或沿管道傳播的噪聲，而對設(shè)備的結(jié)構(gòu)噪聲、電磁噪聲等無明顯效果。 </p><p>　　消聲器在處理進(jìn)排氣口空氣噪聲中有應(yīng)用較多，凡是以氣流噪聲為主的噪聲控制問題，均可在進(jìn)排氣口安裝消聲設(shè)備來降低噪聲。如在空調(diào)系統(tǒng)中，消聲器被應(yīng)用于空調(diào)機(jī)房、鍋爐房、冷凍機(jī)房等設(shè)

14、備機(jī)房進(jìn)出風(fēng)口的消聲，空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)管道的消聲，以及冷卻塔進(jìn)出風(fēng)口的消聲; 又如標(biāo)準(zhǔn)排氣消聲器被安裝應(yīng)用于汽車的消聲裝置上用于噪聲控制; 消聲器還可以應(yīng)用于艦船柴油發(fā)動機(jī)廢氣排放的噪音控制上。 </p><p>　　其它常見的消聲設(shè)備有消聲坑、消聲百葉扇等。消聲坑具有效果好、壓力損失小、氣流脈動衰減率高、施工方便、造價低等特點，位于地下，還具有不占空間的優(yōu)點; 消聲百葉扇是一種新的進(jìn)、排氣消聲方法及裝置，其特點是

15、采用由進(jìn)、排氣流驅(qū)動的可變阻旋轉(zhuǎn)葉輪的消聲方法。由于旋轉(zhuǎn)葉輪軸承間隙隨溫度變化而引起不同的摩擦阻力，致使被氣體驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)葉輪對流動氣體形成不同的阻尼，從而達(dá)到消聲效果。 </p><p>　　2. 3 隔振技術(shù)的應(yīng)用 </p><p>　　振動產(chǎn)生噪聲，而在工程實際中，振動是不可避免的，故隔振技術(shù)的合理利用是工業(yè)中除聲降噪的有效途徑。對于一些不可避免的振動，設(shè)計人員采取將振動源與地基或需要

16、防振的物體之間用彈性元件和阻尼件進(jìn)行連接，隔絕或減弱振動的方法達(dá)到降噪的目的。隔振分為主動隔振與被動隔振。主動隔振是將振源與支撐振源的基礎(chǔ)隔開; 被動隔振是將需防振的物體單獨與振源隔開。 </p><p>　　隔振系統(tǒng)的原理中系統(tǒng)由剛度系數(shù)為 K 的彈簧和阻尼系數(shù)為 C 的阻尼器構(gòu)成，當(dāng)振動激勵輸入系統(tǒng)時，彈簧振子與阻尼器共同起到隔離和衰減振動的作用，使得系統(tǒng)輸出的振動頻率大為降低，以達(dá)到隔離振動的目的。 <

17、;/p><p><b>　　3結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著科技水平的發(fā)展和科學(xué)研究的深入，減振降噪技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，如集高阻尼、高強度、高精度于一身的非金屬材料的研制; 機(jī)械零件與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)改進(jìn); 新型消聲器; 減振器、隔振器的發(fā)明和廣泛應(yīng)用。它涉及到聲學(xué)、機(jī)械振動、材料學(xué)等多學(xué)科的交叉，在工程實際上有著廣泛的應(yīng)用。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，減振降噪技術(shù)

18、也將被更加廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn) </b></p><p>　?。?］王春明，吳秀華．內(nèi)燃機(jī)噪聲源識別與噪聲控制［J］．林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2006，34( 3) : 43 －45． </p><p>　　［2］王紅梅．降低變速器噪聲方法探討［J］．林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2007，35( 5) : 28 － 2