工程机械噪声和控制技术探究

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1、工程机械噪声和控制技术探究　　摘要：分析了工业噪声的主要来源，从噪声源的控制、噪声传播途径的控制和个人防护的角度探讨了目前的噪声控制技术。指出了我国目前噪声研究中存在的不足，并提出了未来的发展方向。关键词：工程机械；噪声控制；阻尼；CAE1引言与美国、日本以及欧洲的一些发达国家相比，我国对工程机械噪声的研究还处于起步阶段，许多噪声分析及控制方法的应用还缺乏足够的经验积累。目前噪声控制的主要途径有声源控制、噪声传播途径控制及采取个人防护措施，其中声源控制和传播途径控制降噪效果最为明显。2噪声的来源2.1机械性噪声源机械性噪声是由固体振动而产生，主要包括结构噪声、齿轮噪声、电

2、磁噪声、液压泵与管路噪声、撞击噪声、周期性作用力激发的噪声、摩擦噪声、转动系统的振动噪声、轴承噪声、建筑施工机械噪声等[1]。2.2空气动力性噪声源10空气动力性噪声由高速气流、不稳定气流以及气流与物体相互作用所产生，主要包括喷射噪声、涡流噪声、旋转噪声、周期性进排气噪声、燃烧噪声、激波噪声等。3噪声源的控制3.1合理选择材料选择机械设备材料时，除了考虑材料的常用性能外，还需注重材料本身的内阻尼性能。内阻尼性能表示材料受到激振力的作用时，内部分子吸收能量或抑制构件振动能力的大小。铜、铁、铝等常用金属材料内阻尼较小，在激振力的作用下，材料表面辐射出较多的能量，因此产生的噪声

3、比较大[2]；一些高分子材料和减振合金具有较高的内阻尼，在相同条件下，由于合金内摩擦引起振动滞后损耗效应，将部分振动的能量转化为热能耗散掉，因此降噪效果好。通过实验，可以得到普通齿轮与阻尼材料齿轮在转速分别为500r/min、1000r/min、1400r/min下的噪声对比曲线，其中A为普通齿轮，B为阻尼材料齿轮，如图1所示。图1普通齿轮与阻尼材料齿轮噪声对比曲线3.2机械性噪声源的控制3.2.1结构噪声结构噪声是一种辐射源不直接暴露在空气中而通过结构传播的噪声，普遍存在于各类机械的运转中，通过优化结构设计可以达到较好的减噪效果[3]。10常用于旋转机械设备的振动筛可以

4、通过安装减振器或改变轴承滚动体的结构来降低结构噪声。在轴间相对运动精度要求较低的情况下，在激振器（或轴承）与筛体之间安装一组减振器，适当选取减振器参数，使机体在工作频率附近获得稳定振幅，从而减小机体的高频响应，达到很好的降噪效果；当轴间相对运动精度要求较高时，可选用空心滚动体轴承，在保证滚动体强度和避开共振区的条件下也可获得较好的降噪效果[2]。在研究柴油机结构噪声控制问题时，通常采用动力学模型仿真与实验相结合的方法。首先对柴油机的曲轴系统和配气机构等振动较多的机构进行激振力动力学仿真，采用有限元与边界元的处理方法，建立柴油机的组合结构动力学模型，进行整体振动分析，再通过

5、实验校核模型的正确性和仿真数据的有效性，并进行修正。利用修正后的模型进行结构噪声的预测和分析，最终根据预测结果进行结构噪声的优化控制[4]。3.2.2齿轮噪声齿轮噪声是啮合的齿轮对或齿轮组由于互撞和摩擦激起齿轮体的振动而辐射出的噪声。当齿轮转速达到一定值时，其受迫振动频率与箱体、齿轮架或齿轮体的固有频率相等，产生共振，导致辐射噪声级别急剧增加[5]。影响齿轮噪声大小的主要因素有：齿轮的设计参数、加工精度、粗糙度、箱内润滑油粘度以及材料等。10可以采取以下措施减少齿轮噪声：①在满足生产要求和经济性的前提下，优先选用斜齿轮或人字齿轮；②在兼顾负载的前提下，尽量减小齿轮的压力角

6、；③选择合适的齿侧间隙，避免齿隙较小的咆哮噪声和齿隙过大的撞击噪声；④对齿轮进行修齿，避免齿轮互撞；⑤提高加工精度，降低表面粗糙度；⑥在一定的传递功率下，尽可能选择大粘度润滑油，以保证传动平稳；⑦选择合适的材料，如用阻尼合金、高分子材料、铸铁、木材等。3.2.3电磁噪声电磁噪声是不平衡的电磁力引起某些机械振动而产生的噪声，主要来源于工业用变频器、大型电动机和变压器。这里主要介绍工业用电动机中降低电磁噪声的措施。直流电动机和同步交流电动机具有相同的噪声特性，理论上可以采用增大气隙间距来减噪。Sperling提出一台350kW的感应电动机，当将其气隙由1mm增大到1.5mm时

7、，可使以1700Hz的噪声减少5dB[6]；但增加气隙间距受到磁极磁通密度饱和程度的限制，同时会使效率和功率因数降低以及温升增大。因此，常采用变化的气隙间距或斜槽转子来降低电磁噪声，同时若两者配合使用，效果会更好。10交流异步电动机的电磁噪声是由于定子与转子各次谐波相互作用而产生的，称为槽噪声。可以采取以下解决措施：①采用斜槽转子以削弱齿谐波；②采用闭口齿槽，消除或减小开口槽引起的高次谐波；③降低气隙磁密，减小由基波磁通和定子转子各高次谐波的磁势幅值，从而减小径向作用力；④增大定子转子气隙，改善磁场的均匀性，减小单边磁拉力的作