毕业设计27成都理工大学旋转机械的噪声分析及其控制机理

成都理工大学工程技术学院毕业论文 1 旋转机械的噪声分析及其控制机理 作者姓名： 肖 亮 专业名称： 机械设计及自动化 指导教师： 史为民 讲师 成都理工大学工程技术学院毕业论文 2 摘要 本论文从噪声的分类、评价、噪声源的识别等方面入手，对机械噪声进行了较为全面的分析。 由 噪声的 一般控制机理提出了减小摩擦、降低振动等普遍适用的控制方法。针对旋转机械，论文还对齿轮副传动、汽车发动机进行了噪声控制的特例分析，力求将噪声控制问题简单明了的陈述清楚。 如今，噪声与振动控制行业更是有了突飞猛进的新发展，所生产的产品如消声器、吸声材料和结构、隔声构件 、隔振器、阻尼减振材料、噪声与振动测量仪器等 ，还有更大的空间需要去研究和努力。 关键词 ： 噪声分析 控制机理 旋转机械 齿轮副 成都理工大学工程技术学院毕业论文 3 Abstract The present paper from noise classification, appraisal, noise source aspects and so on recognition obtains, has carried on a more comprehensive analysis to the mechanical noise. Proposed by the noise general control mechanism reduces the friction, reduces the vibration and so on the universal suitable control method. In view of the revolving machinery, the paper counter gear vice-transmission, the motor car engine has also carried on the noise control exceptional case analysis, makes every effort to be clear the noise control question simple perspicuity statement. Now, the noise and the vibration control profession had the recent development which progresses by leaps and bounds, produces product like silencer, sound absorber and structure, soundproofing component, vibration isolator, damping antivibration material, noise and oscillator measurement instrument and so on, but also has a bigger space to need to study and diligently. Keywords: Noise analysis , control mechanism , revolving mechanical, gear 成都理工大学工程技术学院毕业论文 4 目录 摘要 . 2 Abstract . 3 目录 . 4 前言 . 5 第一章 机械噪声分析及其评价 . 6 1.1 机械噪声的分类与特征 . 6 1.2 机械噪声的 评价 . 7 1.3 机械噪声源的识别 . 11 第二章 常见机械噪声源特性及其控制 . 13 2.1 一般控制原则与控制方法 . 13 2.2 滚动轴承噪声及其控制 . 17 2.3 齿轮传动噪声分析及其控制 . 19 第三章 控制实例 . 25 3.2 控制基本原则 . 26 3.3 减少弯曲振动 . 26 总结 . 28 致谢 . 31 参考文献 . 32 成都理工大学工程技术学院毕业论文 5 前言 噪声与振动控制行业作为环境保护相关产业的一个部分，得到了很大的发展。上个世纪六十年代只有几个生产厂家生产消声器等单件产品，产品只有数十种，产值仅几百万元，有关科研设计单位只有几个；七十年代生产厂家有几十家，产品上百种，产值上千万元；八 十年代噪声与振动控制生产厂家一百三十多家，产品六百余种，产值约一亿元；九十年代，从事噪声与振动控制的生产、科研设计单位有四百余家，产品千余种，年产值约五亿元。到如今，噪声与振动控制行业更是有了突飞猛进的新发展，所生产的产品如消声器、吸声材料和结构、隔声构件、隔振器、阻尼减振材料、噪声与振动测量仪器等，已基本能满足国内噪声与振动控制的需要，有部分产品还出口国外。 取得这样巨大发展的主要因素是，国家对环境保护以及噪声与振动控制的重视，颁布了环境保护法，制定了中华人民共和国环境噪声污染防治法，先后制定颁布了噪 声与振动方面的标准一百六十余个。这些法和标准大大促进了噪声与振动控制技术和该行业的发展。另外，随着人民生活水平的提高，“以人为本”的环境保护意识不断增强，人们通过投诉、申告等各种方式，为求一个舒适、安静的环境，对噪声与振动控制行业提出了更高的要求，无疑也促进了噪声与振动控制技术和该行业的发展。同时，为适应对噪声与振动控制的小型、灵活和适应性强等市场经济的需要，乡镇、集体以及私有企业顺势得到发展，满足了这一市场需求。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 6 第一章机械噪声分析及其评价 1.1 机械噪声的分类与特征 机械系统运行中产生的噪 声称机械噪声，工程中常见的分类法有如下两种。 一、 起源不同的机械噪声 （ 1） 机械性噪声 :因固体振动而产生，如齿轮传动部件 、 曲柄连杆部件 、 链传动部件、轴承部件、液压系统部件等多种运动部件产生的噪声，以及某些结构件因振动而产生的噪声。 （ 2） 气体动力性噪声 :因气体振动而产生，如风机、压缩机、活塞式发动机等所产生的主要噪声，以及因气流激发而产生的噪声，如喷注噪声、排气噪声、卡门 (Karman)旋涡噪声。 （ 3） 电磁性噪声 ： 因高频谐磁场的相互作用，引起电磁性振动而产生的噪声，如电动机、发电机、变压器等产生的噪声。 二、 强度变化不同的机械噪声 （ 1）稳态噪声 一般指噪声强度波动范围在 5dB 以内的连续性噪声，或重复频率大于 10Hz 的脉冲噪声。 （ 2）非稳态噪声 一般指噪声强度波动范围超过 5dB 的连续性噪声。 （ 3）脉冲噪声 一般指持续时间小于 ls、噪声强度峰值比其均方根值人于 10dB,而重复频率又小于 10Hz 的间断性噪声。 机械噪声是环境噪声的一个重要组成部分，因而成为环境保护的成都理工大学工程技术学院毕业论文 7 治理指标之一；同时它也是评价机器质量的重要指标。故控制机械噪声，使其降低至容许范围内，已经成为机械设计中的重要课题 。 1.2 机械噪声的评价 机械噪声通常为宽频带噪声，其强弱可用客观评价量 (如声强级、声压级、声功率级等 )或主观评价量 (如 A 计权声级、 A 计权声功率级、噪声评价数 NR 等 )来进行评价。客观评价量是对机械噪声强弱的物理度量，而主观评价量则表征了人对机械噪声强弱的主观感觉，遵循国际通用的以人为本原则，为保护环境、造福人类、工程中评价机械噪声常用主观评价量来进行评价 （ 1） 声强与声强级 在声场中单位时间内在垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的能量称声强，符号为 I ,单位为 2/mW SEI 式中 E 声功率（ W） S 面积 ( 2m ) 普通人的听觉能感受的声强范围很大，大约为 1210 2/mW 到 1 2/mW 。这样大的范围很难用一个线性尺度来计量，所以在声学中常用声强级来表示声波的强度。声强级是实际声强 I 与规定的基准声强 0I 之比的对数。基准声强为 212 /10 mWI c ，它相当于频率 1000Hz 时人们耳朵所能感觉到的最弱声强。设 IL 为所测 I声强 I 的声强级。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 8 则 010log IILI 其中 I 为实际声强， 0I 为基准声强。声强级的单位为贝尔。应用时常取其 1/10 作为声强级的单位，称为分贝，符号为 dB，即 010log IILI （ 2） 声压与声压级 声波是一种纵波，传播声波的介质在波动过程中质点密集的地方压力大于静态大气压，质点稀疏的地方压力小于静态大气压。声波超过大气压就构成声压，符号为 P，单位为 Pa，即牛顿每平方米 ( 2/mN )。常用辅助单位为 2/cmdyn ，也称 bar 。一个标准大气压相当于 101325 bar 。 声压与声强有密切关系。声压是声波在与其传播方向相垂直的 平面上的压力，声强则是在此平面上通过的能量。在自由声场中。某点的声强与该点的声压的平方成正比。 cPI2式中 P 有效声压（ Pa） 空气密度 ( 3/mkg ); c 空气中声波的传播速度 (m/s) 这里的声压其实是平均平方根声压，见图 1 dtPtP tm 201 成都理工大学工程技术学院毕业论文 9 式中 mP - 平均平方根声压； P - 瞬时声压； t - 时间 图 1 平均声压 mP 如果声压有周期性，例如正弦形脉动声压，则用来取平均平方根值的时间应是一周期时间的整数倍，或远较周期为长的一段时间。若为非周期性声压，则所取用以求平均值的时问须很长，即使时间稍有增减，也不致改变均方根的数值。 健康的年青人耳朵能听到最微弱的声音的声压约为250 /102 mNp ，这是下限，相应的声强为 212 /10 mW 。震耳欲聋的强噪声所具有的声压比可听的下限大约高 100 万倍，因此不用线性尺度而用对数尺度来计量。习惯是以 250 /102 mNp 为基准声压，以其比的对数来衡量因声强与声压的平方成正比，所以声压级为 01020210 lo g20lo g10 ppppLP 式中 pL - 声压级（ dB） p - 所有声压（ Pa） 成都理工大学工程技术学院毕业论文 10 （ 3） 噪声评价数 NR 利用噪声评价数 NR (Noiste Rating)评价噪声，同时考虑了噪声在每个倍颇带内的强度和频率两个因素，故比用单一的 A 声级作评价指标更为严格。噪声评价数这一评价指标主要用子评定噪声对听觉的损伤、语言干扰和对周围环境的影响。 NR 数可由下式决定 成都理工大学工程技术学院毕业论文 11 1.3 机械噪声源的识别 在同时有许多噪声源，或包含许多振动发声部件的复杂声源情况下 ，为了确定各个声源或振动部件的声辐射特性、区分噪声源，并根据它们对于声场的作用等而进行的测量与分析称为噪声源识别。识别的目的在于控制。由于声源的复杂程度不同，声派识别的难易相差很大。识别噪声源，必须掌握噪声源各发声部位的噪声特性，如声的强度、频率特性、时间特性、指向性特性和传播特性等。特别要分析发声系统的激励和响应情况。此外，还必须熟悉噪声源的结构、工作原理和技术性能等。通过测量、分析面识别噪声源这与对噪声信号的分析处理密切相关。 对机械噪声源常用的识别方法有以下几种，即 （ 1）分部开动法：在可能的情况下， 在机器运转状态下，分别关掉或脱开各传动部件或环节，并测量每一步骤的噪声，以识别这一部件或环节对总噪声的贡献，从而找出主要噪声源。 （ 2）时域分析法： 根据声源或声源各部分时间特性的差别来识别，例如，对噪声信号的自相关分析，可以发现和提取混杂在噪声中的周期信号 ;对噪声信号作互相关分析，可以确定噪声的传递通道 ;利用对噪声信号的多次平均技术亦有助于检测出其中的周期信号。这些都有助于识别出主要噪声源。 （ 3）频域分析法：采用窄带滤波的方法，从得到的噪声频谱中，可了解到噪声所含有的频率成分及对噪声贡献较大的主 要频率成分 ;进一步通过振动测量，或具体机械某些特征频率的计算，从而识别出主要噪声源。通过对噪声功率谱密度的分析，同样可以了解到噪声的频率结构及主要频率成分 ;通过相干分析，从相干函数的图形上可以帮助我们判断所测量的噪声总能量中，各个声源的贡献大小，从而识别声源。 （ 4）近场声强法：在机器部件表面附近的许多点处测量声强并成都理工大学工程技术学院毕业论文 12 求积分，可求得该部件的声功率。而在测量表面之外的噪声源，并不影响测量结果，因此在本底噪声很大的现场，也能判断噪声源的位置。 （ 5）表面振动速度测量法：通过测量声源作机械振动的表面的振动速度来 识别声源，因振动表面辐射的声功率，在振动表面各点作同相位振动的情况下，与表面振动速度的均方值成正比。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 13 第二章 常见机械噪声源特性及其控制 2.1 一般控制原则与控制方法 机械噪声源中， 机械性噪声和气体动力性噪声的控制原则见表 1； 某些机械设备噪声的控制方法见表 2； 工业噪声一般控制方法见表 3； 表 1 机械噪声控制的一般原则 控制原则 措施举例 降低激振力 （ 1）用连续运动代替不连续运功 （ 2）减小运动部件的重量或速度 （ 3）提高机器和运动部件的平衡精度 （ 4）控制运动部件间隙 .减少冲击 （ 5）改进机器性能参数 减小机械振动 （ 1）采用高阻尼材料或增加结构阻尼 （ 2）增加动刚度，如合理加肋等 （ 4）改变零件尺寸、如增大壁厚，以改变固有频率 （ 5）正确校正中心，改善润滑条件 （ 6）采用减振器、隔振器或缓冲器 降低气体动力性噪声 （ 1）防止气流压力突变，消除射流噪声和激波噪声 （ 2）降低气体流速，减小气体压降和分散降压 （ 3）设计高效消声器 （ 4）改变气流颇潜特性。向高频方向移动 （ 5）降低气流管道噪声，如改变管道支持位置等 降低机械性噪声 （ 1）减小齿轮、轴承、驱动电机、液压系统等噪声 （ 2）改进部件结构和材料，如果用新型凸轮等 （ 3）合理设计罩壳、盖板，防止激振 .减少噪声辐射 （ 4）设计局部的隔声源 （ 5）采用电子干涉消声装置，降低窄频噪声 成都理工大学工程技术学院毕业论文 14 表 2 某些机械设备的噪声控制方法 成都理工大学工程技术学院毕业论文 15 表 3 工业噪声的一般控制方法 控制职能 控制途径 一般控制方法 举例 备注 工程方面 噪声源 维护 经过零件的调换、修理、调节 或 校正，维持原有的噪声 更换磨损的抽承或零件，调整松动了的配合，扣紧已松开的盖板或安全防护罩 通常是现有设备噪声级增大的主要原因 工程方面 噪声源 运转 降低驱动力 运转速度不高于实际需要的数值，降低加速与减速时的驱动力 可能需要使用大型低速驱动电机 减小摩擦力 运转部件的良好润滑。在切削和磨削时，应利用润滑油和冷却剂。使用锋利适度的刀具 目前已普遍采用 将工作的能量分散在较长一段时间内 采用分段的冲模，采用水压机和采用油膜缓冲器 冲击噪声取决于冲击力的最大幅值和饭金加工操作的特点 变更人机站位的分界面 当噪声的指向性明显时，改变 噪声源的位置或方向 只对近场有效，在混响声场中噪声的的位置或方向 降低材料运输中的冲击噪声 在台架导轨、滑行 道、输送设备中用弹性衬垫 利用薄的金属涂层，可将弹性衬垫的损耗减少到最低程度 成都理工大学工程技术学院毕业论文 16 工程方面 噪声源 调整 减小振动表面的响应 增加刚性或质量，采用阻尼材料，改进支承 增加刚性或质量，将相应地提高或降低固有频率。阻尼胶带或直接将阻尼材料喷涂在金属表面上将使噪声降低，这对金属薄板最为有效 改变或控制流体流动 安装进气或排 气消声器。降低风扇叶片外缘的线速度，重新设计风扇叶型以减小湍流。降低蒸气喷射速度口将排气噪声引导到不令人注意的区域 消声器能降低高频噪声 3050dB，低频 噪 声 降 低620Db，对于无阻挡的喷射流体，噪声功率正比于流速的 68 次方 使用弹性的或内耗大的材料 尼龙齿轮，以带式传动代替齿轮，采用低强度钢 在重载荷情况不适用。磨损问题用留有余量的设计来部分地加以解决 减少辐射表面面积 将表面分隔成更小的面积。零件呈流线型。采用穿孔金属表面 能减少低频辐射噪声 转动力或磁性力的平衡 采用可转动的平衡块或往复的构件 刚性不足的电动机必须在三个平面上进行平衡 成都理工大学工程技术学院毕业论文 17 2.2 滚动轴承噪声及其控制 轴承噪声与轴承本身的设计、精度、类型、安装及使用条件等因数有关。轴承噪声对精密机械是不容忽视的主要噪声源。轴承噪声一般具有宽的颇率范围，滚动轴承的频率近似估算见表 5。由于轴承座圈的沟道加工留下波纹而引起的振动，波纹波数与振动频率之间的关系见表 6 轴承噪声的控制措施，包括仔细选择轴承及其使用条件 ;提高轴承加工精度 ;减小轴承安装后的径向间隙 ;良好的润滑 ;增大轴承安装支座 的刚性 ;防止轴承锈蚀和杂质进人轴承等 附表（滚动轴承频率估算公式） 成都理工大学工程技术学院毕业论文 18 成都理工大学工程技术学院毕业论文 19 2.3 齿轮传动噪声分析及其控制 齿轮噪声的产生是由于齿轮本身可视为一弹簧 -质量系统 (轮齿可视为板簧，而轮体则视为质量块 )，在齿轮啮合过程中，由于齿轮的各种误差及轮齿弹性刚度的周期性变化等造成了激励，从而使这一系统产生了周向、径向和轴向的振动，通过固体传导或直接辐射等传播途径而形成齿轮噪声 .齿轮噪声的主要频率 一、 齿轮传动噪声产生原因 （ 1） 啮合齿轮节点的脉动冲击。我们知道一对渐开线齿轮在传动过程中，各对轮齿的接触点运动 的轨迹始终在啮合线上依次前进。根据齿轮的啮合原理可知，齿轮副在传动过程中在整个啮合线是齿廓间相对滑动速度的大小将随啮合点位置不同而改变，其中以啮合开始点与啮合结束点为最大，而在节圆切点的滑动速度为零，同时相对滑动速度的方向在节圆切点开始改变。由于相对滑动速度的大小和方向的改变以及滑动摩擦系数的存在，必然存在大小和方向相应改变的摩擦力，这也必定在节点 上发生力的脉动冲击，即节点脉动。它的大小和持续时间与齿轮啮合时的传递力、轮齿间的摩擦系数、相对滑动速度的大小等因素有关。因此，齿轮的传递功率越大。这种在啮合过程中 产生的脉动冲击是不可避免，它将使齿轮产生振动和冲击。 （ 2）齿轮的啮合冲击 一对齿轮在啮合过程中，其轮齿受力后必将产生一定程度的冲击变形，而每当一个轮齿新啮合上时，原啮合轮齿的载荷就会相对减少，因而变形齿轮就会恢复形状，从而给齿轮体一个切向加速度。加上原有啮合轮齿在受载下的变形，使新啮合的轮齿不能得到理论齿廓的平滑接触而放生碰撞，形成所谓的“啮合冲击力”。齿轮在这种激振力作用下，也将引起齿轮的圆周振动、径向振动、轴向振动，从而产生噪声。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 20 噪声控制方法 ： 脉动冲击与啮合冲击虽然是难以避免的，但我们可以通过控制设 计参数、加工精度、工作参数等来降低这两种冲击力，控制噪声污染。 二、 齿轮结构与噪声的关系 （ 1）齿轮的类型。齿轮轮齿的啮合状态与齿轮类型有关， 直齿轮的轮齿虽然也为线接触，直齿轮的轮齿在接触瞬间是整个齿宽的接触线，而斜齿轮虽然也为线接触，但是它是由齿顶的一端逐渐进入啮合，其接触线开始由短变长，以后又逐渐缩短，直到脱开啮合为止。由于斜齿轮的实际啮合线较直齿轮传动大，所以斜齿轮传动的平稳性与承载能力都较直齿轮高，在工作条件相同的情况下，直齿轮传动噪声较斜齿轮高 3 10dB。 （ 2）齿轮的模数。齿轮模数 m 是齿轮设计 中的一个基本参数，模数大即齿轮尺寸大，承载能力也大。轮齿的弯曲和模数成反比，增大模数也就提高了轮齿的刚度，这样啮合传动 时轮齿弹性变形小，降低了轮齿产生的冲击了，从而降低了噪声，从这个意义上来说模数宜取大。但齿轮的加工误差也和模数有很大关系，模数越大，则齿距误差与齿形误差也将增大，小模数可以减小加工误差。 （ 3）齿轮齿数与直径。在模数已定的条件下，改变齿轮齿数也改变了齿轮的直径 0d ，这也将引起弹性刚度及弯曲量的变化。虽然改变齿轮直径对齿轮的加工精度影响不大，但随着 齿轮 直径的增大而加大了噪声辐射面积。因而增大齿轮直径对降低噪声不利，设计时应尽可能的缩小齿轮直径。 （ 4）齿宽。齿轮的宽度与齿轮的 弯曲变形成反比，因而噪声随齿宽的增大而减小。从降低噪声的角度出发，设计齿轮时宜取小的直径，而其强度可用增大宽度的办法来弥补，必要时也可选择合适的材料也热处理来提高齿轮强度。但是齿宽的增加容易引起齿向误差和接触不良，为了克服这一缺点，可采用限定齿宽增加轮成都理工大学工程技术学院毕业论文 21 体宽度的办法。 （ 5）啮合系数。一对啮合齿轮在旋转时即使没有制造误差，也会由于载荷作用下轮齿的弯曲变形而使被动齿轮转速产生瞬时脉动进 而产生噪声。齿轮在啮合 过程中一般啮合系数都在 1 2 范围内，即齿轮在开始啮合到终了啮合同时参加啮合的齿数不大于 2，而齿轮本身相当于一个刚性较强的弹簧，两齿啮合比一啮合的刚度大。为了使齿轮啮合平稳，应尽可能的增大啮合系数。但是压力角为 20 的正齿轮满足不了啮合系数为 2 的要求，因此可以采用斜齿轮传动。此时啮合系数可由下式决定： nss tB /s in 轮齿啮合系数； s 端面啮合系数； 螺旋角； nt 法向周节； B 齿厚 由此式可知采用斜齿轮传动后，只要适当调整 B 和 角，就有可能使 达到 2。 三、 齿轮制造误差与噪声的关系 （ 1）周节误差。一对齿轮啮合运 转时，由于存在着周节误差使轮齿产生啮合冲击及角速度的急剧变化，引起整个齿轮轴系的振动而发生噪声。周节误差对从动齿轮的影响大于主动齿轮，因而在周节误差的校正方面宜首先在从动齿轮上采取措施。 （ 2）齿形误差。齿形误差是由于分度机构、刀具齿形误差、 展成机构误差以及传动系统刚性不足和切削力的变化、热处理变形等因素造成，它对噪声的影响最大。 （ 3）接触精度。齿面接触精度的高低将影响齿轮噪声的大小，齿成都理工大学工程技术学院毕业论文 22 面接触 不良，噪声将会增大，所以齿轮在装配前必须进行齿轮接触精度的检查，一般采用涂色法进行。 （ 4）侧隙。一般说来，齿轮侧 隙对噪声影响不是很大，但当侧隙过小或无侧隙时，噪声 反而增大，而如果侧隙过大，又使啮合撞击程度加大，所以应合理选取侧隙。 （ 5）齿面粗糙度。齿面粗糙度的影响主要是通过齿面间摩擦系数的大小来反映。 四、 齿轮噪声的可能降噪量 成都理工大学工程技术学院毕业论文 23 五 、 噪声控制实例 由以上分析可知，要控制齿轮传动噪声，必须在设计与制造阶段合理确定齿轮的各种结构参数及制造精度。郑州勘察机械厂成产的 ZKL801 双电机动力头在齿轮传动方面进行了很好的降噪处理。 ZKL801 双电机动力头可与步履式桩架、悬挂式桩架、滚管式桩 架及三支架配套使用，进行长螺旋钻孔施工。它由立式电机通过齿式连轴器与行星变速机构连接，在通过一级减速机构，将动力传给输出轴进行工作。此动力头设计时从齿轮结构、材料等多方面进行降噪考虑。图 1 是 ZKL801 动力头的传动示意图。 图 1 ZKL801 双电机动力头传动示意图 成都理工大学工程技术学院毕业论文 24 图中主动齿轮 1 与从动齿轮 2 采用斜齿轮，在加工时注意螺旋角的加工精度并选配了刚性较好的轴和轴承，避免因螺旋角而引起的轴向振动。主从齿轮模数也控制在 5 以内，以免增加加工误差。在行星变速机构中采用了一个双联齿轮 4 增大了轮体宽度，相对于通过加大齿 宽来降低噪声。对于由双轮轴 8 与大斜齿轮 9组成的一级减速机构，由于载荷时常变化且冲击较大，在采用斜齿轮传动的同时，通过调整齿厚于螺旋角来控制啮合系数， 使 略大于 2 以减轻轮齿变形，控制噪声。对于太阳轮 3 与中心轮 6 用缩小齿轮直径来降低噪声，同时采用了强度相当高的材料以便让它们在尺寸很小的情况下满足强度要求。在加工方面，对与噪声有密切关系的周节误差、齿形误差、接触精度、齿面粗糙度等作了严格要求，并进行了齿根与齿顶修缘，齿轮修整等。 通过以上措施使得 ZKL801 动力头的步履 式螺旋钻机载施工中具有成孔效率高、低噪声、低振动、无污染、成孔质量好等优点，特别适应城市建设和城市改造工程文明施工的要求。 成都理工大学工程技术学院毕业论文 25 第三章控制实例 对机械 噪声 源控制的方法取决于机械本身的工作原理及结构特征 。 以发动机为例，从发声机理来讲，主要应控制机械 振动 噪声和空气动力噪声 。 3.1 机械振动噪声的控制 发动机的每一个零件都是一种结构，都有会在激振力作用下发生振动，振动着的结构表面会辐射噪声，所以结构振动噪 声又称表面辐射噪声根据激振力的不同可分为燃烧声和机械噪声两种 ： （）燃烧噪声及控制 燃烧噪声是混合气在汽缸内燃烧产生的燃气力直接激振发动机结构 所产生的噪声，是由缸内压力变化引起的因此，燃烧噪声的高低与燃烧系统形式主义有很大关系，主要是因为各种燃烧系统的汽缸压力变化曲线不同，如果压力曲线比较平滑，峰值较低，则燃烧噪声也较低实验与分析研究表明，自然吸气直喷式柴油机燃烧噪声的声强与缸径的次方成正比间接喷射发动机的燃烧噪声比直喷式发动机低 d左右对燃烧噪声的主要控制措施是：缩短发火延迟期，改进气阀及燃烧室设计，使燃烧初期压力 变化较为平滑，设置预燃室，控制喷油的初始速率，以及废气再 循环等 。 （）机械噪声及控制 机械噪声来源于机械部件之间的交变力这些力的传递和作用一般分为三类：撞击力，周期性作用力和磨擦力撞击力引起的撞击噪声以受撞部件结构共振所激发的结构噪声的影响最强，应以降低结构噪声为主要的控制措施摩擦噪声绝大部分是摩擦引起摩擦物体的张弛振动所激发的噪声，尤其当振动频率与物体固有振动频率吻合时，物体共振产生强烈的摩擦噪声，克服的基本方法是减少摩擦力旋转机械的周期性作用力最简单的是由转动轴，飞轮等转动系统的静，动态不平衡所引起的偏心力，它的作用会由于机件缝隙的存在，结 构刚度不够或磨损严重而增在，成都理工大学工程技术学院毕业论文 26 这样，又进一步增强撞击和摩擦而激发更强的机械振动和噪声 3.2 控制基本原则 机械噪声的控制主要是根据发声机理，采用低噪声结构，降低机械在运行时的撞击 和不平衡激振所产生的噪声，并隔绝或衰减在传播途径中所辐射的噪声 。 基本原则为： （ 1） 降低激振力 。 根据不同的激振特征采取相应的降低激振力的措施，如改变运动部件的撞击状态；降低运动部件的碰撞速度；提高运动部件的平衡精度等以内燃机为例，内燃机活塞对汽缸壁的敲击发生在上止点和下止点附近的敲击最为严重，敲击的强度主要取决于汽缸的最 高爆发压力和活塞与缸套之间的间隙减少活塞敲击力的可能措施有以下几项 :减少活塞与气缸间隙 ,比如采用紧配式活塞 ;在铝合金活塞中用钢质支撑；对活塞裙部直径进行热控制等；进 行强力润滑；设置有回弹力的活塞裙部，缓冲活塞对汽缸壁的冲击力等 。 （ 2） 降低机械系统中零件对激振力的响应 。 首先要防止共振采用增加噪声辐射面的质量（减低固有频率）或增加刚度（提高固有频率）等方法改变共振部件的固有频率，可有效地减少部件的振动和噪声；其次恰当改善机械结构的动刚度，可提高抗振力，使得在相同激振条件下降低振动和噪声；还可以改善 机械结构的阻尼特性，这也是降低振动共振响应的最为有效的一种方法 。 （ 3） 控制结构振动辐射的结构噪声 。 3.3 减少弯曲振动 弯曲振动是结构振动时辐射结构噪声的主要方式控制发动成都理工大学工程技术学院毕业论文 27 机结构响应，减少弯曲振动，从而控制发动机噪声是当前下在深入研究的课题可能采取的措施有民下几项： （）通过模态分析和借态修改，重新设计发动机结构，如采用框架式或中分面式曲轴箱 （）减少振动表面弹性材料的固有振动方式，可采用提高材料劲度的方法，对析状材料可加筋或压波纹筋 （）增加振动表面的阻尼性能，如粘贴黏性阻碍 尼材料，在油底壳，汽缸头罩等到处采用复合阻尼钢板 （）采用隔振技术，阻断机内结构噪声传递到辐射表面，如采用管道隔振等 成都理工大学工程技术学院毕业论文 28 总结 论文首先叙述了机械噪声的分析及其评价，然后是对常见噪声源的控制及其控制机理，最后进行了旋转机械噪声的特例分析和控制 机理的论述 ， 提出了解决方案， 完成了课题要求的内容。 噪声与振动控制行业的如此发展不是偶然的，它的发展有一个技术后盾，那就是一个比较有力的噪声与振动控制技术队伍。目前，国内直接从事噪声与振动控制的教学、设计、研究、监 测、计量的单位有二百余个，人数在三千人以上。其中包括教育、培养这方面专业人才的清华大学、上海交通大学、南京大学、同济大学等高等学府，以及中国科学院研究所、中国建筑科学研究院物理所、华东建筑设计院、中船总公司九院、北京劳动保护科学研究所等科研设计单位。另外，解放后国内公开出版发行的有关噪声与振动方面的书籍有一百七十余种，其中 90以上是八十年代以来出版的。在国内公开发行的杂志有噪声与振动栏目的有二十余种，如声学学报、噪声与振动控制、应用声学、中国环保产业等。这些专著和刊物较全面系统地总结和介绍 了国际国内噪声与振动控制技术，对噪声与振动控制行业的发展起到了积极的指导推动作用。 展望我国噪声与振动控制行业的今后发展动向，我以为会有如下特点： 1源也在走向外迁、规范和集中的阶段，所以工业污染源的噪声与振动控制会从以往的环境治理的主导地位，退居到较次要的地位。就环境噪声而言，城市道路和城市铁路噪声将成为环境治理的重点，声屏障和隔声窗将可能成为治理手段中的热点产品。从开放式声屏障、局部封闭全封闭声屏障到高效隔声窗及通风隔声窗，各种各样的新型隔 声、吸声材料都可能使用到这些产品中去，新