畢業(yè)設(shè)計(jì)27成都理工大學(xué)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪聲分析及其控制機(jī)理

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪聲分析及其控制機(jī)理 作者姓名： 肖 亮 專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 史為民 講師 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 摘要 本論文從噪聲的分類、評(píng)價(jià)、噪聲源的識(shí)別等方面入手，對(duì)機(jī)械噪聲進(jìn)行了較為全面的分析。 由 噪聲的 一般控制機(jī)理提出了減小摩擦、降低振動(dòng)等普遍適用的控制方法。針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械，論文還對(duì)齒輪副傳動(dòng)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了噪聲控制的特例分析，力求將噪聲控制問題簡(jiǎn)單明了的陳述清楚。 如今，噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)更是有了突飛猛進(jìn)的新發(fā)展，所生產(chǎn)的產(chǎn)品如消聲器、吸聲材料和結(jié)構(gòu)、隔聲構(gòu)件 、隔振器、阻尼減振材料、噪聲與振動(dòng)測(cè)量?jī)x器等 ，還有更大的空間需要去研究和努力。 關(guān)鍵詞 ： 噪聲分析 控制機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)械 齒輪副 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 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 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 目錄 摘要 . 2 Abstract . 3 目錄 . 4 前言 . 5 第一章 機(jī)械噪聲分析及其評(píng)價(jià) . 6 1.1 機(jī)械噪聲的分類與特征 . 6 1.2 機(jī)械噪聲的 評(píng)價(jià) . 7 1.3 機(jī)械噪聲源的識(shí)別 . 11 第二章 常見機(jī)械噪聲源特性及其控制 . 13 2.1 一般控制原則與控制方法 . 13 2.2 滾動(dòng)軸承噪聲及其控制 . 17 2.3 齒輪傳動(dòng)噪聲分析及其控制 . 19 第三章 控制實(shí)例 . 25 3.2 控制基本原則 . 26 3.3 減少?gòu)澢駝?dòng) . 26 總結(jié) . 28 致謝 . 31 參考文獻(xiàn) . 32 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 前言 噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)作為環(huán)境保護(hù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)部分，得到了很大的發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)六十年代只有幾個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)消聲器等單件產(chǎn)品，產(chǎn)品只有數(shù)十種，產(chǎn)值僅幾百萬(wàn)元，有關(guān)科研設(shè)計(jì)單位只有幾個(gè)；七十年代生產(chǎn)廠家有幾十家，產(chǎn)品上百種，產(chǎn)值上千萬(wàn)元；八 十年代噪聲與振動(dòng)控制生產(chǎn)廠家一百三十多家，產(chǎn)品六百余種，產(chǎn)值約一億元；九十年代，從事噪聲與振動(dòng)控制的生產(chǎn)、科研設(shè)計(jì)單位有四百余家，產(chǎn)品千余種，年產(chǎn)值約五億元。到如今，噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)更是有了突飛猛進(jìn)的新發(fā)展，所生產(chǎn)的產(chǎn)品如消聲器、吸聲材料和結(jié)構(gòu)、隔聲構(gòu)件、隔振器、阻尼減振材料、噪聲與振動(dòng)測(cè)量?jī)x器等，已基本能滿足國(guó)內(nèi)噪聲與振動(dòng)控制的需要，有部分產(chǎn)品還出口國(guó)外。 取得這樣巨大發(fā)展的主要因素是，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)以及噪聲與振動(dòng)控制的重視，頒布了環(huán)境保護(hù)法，制定了中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法，先后制定頒布了噪 聲與振動(dòng)方面的標(biāo)準(zhǔn)一百六十余個(gè)。這些法和標(biāo)準(zhǔn)大大促進(jìn)了噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)和該行業(yè)的發(fā)展。另外，隨著人民生活水平的提高，“以人為本”的環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，人們通過投訴、申告等各種方式，為求一個(gè)舒適、安靜的環(huán)境，對(duì)噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)提出了更高的要求，無(wú)疑也促進(jìn)了噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)和該行業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，為適應(yīng)對(duì)噪聲與振動(dòng)控制的小型、靈活和適應(yīng)性強(qiáng)等市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、集體以及私有企業(yè)順勢(shì)得到發(fā)展，滿足了這一市場(chǎng)需求。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第一章機(jī)械噪聲分析及其評(píng)價(jià) 1.1 機(jī)械噪聲的分類與特征 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪 聲稱機(jī)械噪聲，工程中常見的分類法有如下兩種。 一、 起源不同的機(jī)械噪聲 （ 1） 機(jī)械性噪聲 :因固體振動(dòng)而產(chǎn)生，如齒輪傳動(dòng)部件 、 曲柄連桿部件 、 鏈傳動(dòng)部件、軸承部件、液壓系統(tǒng)部件等多種運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的噪聲，以及某些結(jié)構(gòu)件因振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。 （ 2） 氣體動(dòng)力性噪聲 :因氣體振動(dòng)而產(chǎn)生，如風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等所產(chǎn)生的主要噪聲，以及因氣流激發(fā)而產(chǎn)生的噪聲，如噴注噪聲、排氣噪聲、卡門 (Karman)旋渦噪聲。 （ 3） 電磁性噪聲 ： 因高頻諧磁場(chǎng)的相互作用，引起電磁性振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等產(chǎn)生的噪聲。 二、 強(qiáng)度變化不同的機(jī)械噪聲 （ 1）穩(wěn)態(tài)噪聲 一般指噪聲強(qiáng)度波動(dòng)范圍在 5dB 以內(nèi)的連續(xù)性噪聲，或重復(fù)頻率大于 10Hz 的脈沖噪聲。 （ 2）非穩(wěn)態(tài)噪聲 一般指噪聲強(qiáng)度波動(dòng)范圍超過 5dB 的連續(xù)性噪聲。 （ 3）脈沖噪聲 一般指持續(xù)時(shí)間小于 ls、噪聲強(qiáng)度峰值比其均方根值人于 10dB,而重復(fù)頻率又小于 10Hz 的間斷性噪聲。 機(jī)械噪聲是環(huán)境噪聲的一個(gè)重要組成部分，因而成為環(huán)境保護(hù)的成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 治理指標(biāo)之一；同時(shí)它也是評(píng)價(jià)機(jī)器質(zhì)量的重要指標(biāo)。故控制機(jī)械噪聲，使其降低至容許范圍內(nèi)，已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要課題 。 1.2 機(jī)械噪聲的評(píng)價(jià) 機(jī)械噪聲通常為寬頻帶噪聲，其強(qiáng)弱可用客觀評(píng)價(jià)量 (如聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)、聲功率級(jí)等 )或主觀評(píng)價(jià)量 (如 A 計(jì)權(quán)聲級(jí)、 A 計(jì)權(quán)聲功率級(jí)、噪聲評(píng)價(jià)數(shù) NR 等 )來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。客觀評(píng)價(jià)量是對(duì)機(jī)械噪聲強(qiáng)弱的物理度量，而主觀評(píng)價(jià)量則表征了人對(duì)機(jī)械噪聲強(qiáng)弱的主觀感覺，遵循國(guó)際通用的以人為本原則，為保護(hù)環(huán)境、造福人類、工程中評(píng)價(jià)機(jī)械噪聲常用主觀評(píng)價(jià)量來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià) （ 1） 聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí) 在聲場(chǎng)中單位時(shí)間內(nèi)在垂直于聲波傳播方向的單位面積上所通過的能量稱聲強(qiáng)，符號(hào)為 I ,單位為 2/mW SEI 式中 E 聲功率（ W） S 面積 ( 2m ) 普通人的聽覺能感受的聲強(qiáng)范圍很大，大約為 1210 2/mW 到 1 2/mW 。這樣大的范圍很難用一個(gè)線性尺度來(lái)計(jì)量，所以在聲學(xué)中常用聲強(qiáng)級(jí)來(lái)表示聲波的強(qiáng)度。聲強(qiáng)級(jí)是實(shí)際聲強(qiáng) I 與規(guī)定的基準(zhǔn)聲強(qiáng) 0I 之比的對(duì)數(shù)?；鶞?zhǔn)聲強(qiáng)為 212 /10 mWI c ，它相當(dāng)于頻率 1000Hz 時(shí)人們耳朵所能感覺到的最弱聲強(qiáng)。設(shè) IL 為所測(cè) I聲強(qiáng) I 的聲強(qiáng)級(jí)。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 則 010log IILI 其中 I 為實(shí)際聲強(qiáng)， 0I 為基準(zhǔn)聲強(qiáng)。聲強(qiáng)級(jí)的單位為貝爾。應(yīng)用時(shí)常取其 1/10 作為聲強(qiáng)級(jí)的單位，稱為分貝，符號(hào)為 dB，即 010log IILI （ 2） 聲壓與聲壓級(jí) 聲波是一種縱波，傳播聲波的介質(zhì)在波動(dòng)過程中質(zhì)點(diǎn)密集的地方壓力大于靜態(tài)大氣壓，質(zhì)點(diǎn)稀疏的地方壓力小于靜態(tài)大氣壓。聲波超過大氣壓就構(gòu)成聲壓，符號(hào)為 P，單位為 Pa，即牛頓每平方米 ( 2/mN )。常用輔助單位為 2/cmdyn ，也稱 bar 。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于 101325 bar 。 聲壓與聲強(qiáng)有密切關(guān)系。聲壓是聲波在與其傳播方向相垂直的 平面上的壓力，聲強(qiáng)則是在此平面上通過的能量。在自由聲場(chǎng)中。某點(diǎn)的聲強(qiáng)與該點(diǎn)的聲壓的平方成正比。 cPI2式中 P 有效聲壓（ Pa） 空氣密度 ( 3/mkg ); c 空氣中聲波的傳播速度 (m/s) 這里的聲壓其實(shí)是平均平方根聲壓，見圖 1 dtPtP tm 201 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 式中 mP - 平均平方根聲壓； P - 瞬時(shí)聲壓； t - 時(shí)間 圖 1 平均聲壓 mP 如果聲壓有周期性，例如正弦形脈動(dòng)聲壓，則用來(lái)取平均平方根值的時(shí)間應(yīng)是一周期時(shí)間的整數(shù)倍，或遠(yuǎn)較周期為長(zhǎng)的一段時(shí)間。若為非周期性聲壓，則所取用以求平均值的時(shí)問須很長(zhǎng)，即使時(shí)間稍有增減，也不致改變均方根的數(shù)值。 健康的年青人耳朵能聽到最微弱的聲音的聲壓約為250 /102 mNp ，這是下限，相應(yīng)的聲強(qiáng)為 212 /10 mW 。震耳欲聾的強(qiáng)噪聲所具有的聲壓比可聽的下限大約高 100 萬(wàn)倍，因此不用線性尺度而用對(duì)數(shù)尺度來(lái)計(jì)量。習(xí)慣是以 250 /102 mNp 為基準(zhǔn)聲壓，以其比的對(duì)數(shù)來(lái)衡量因聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比，所以聲壓級(jí)為 01020210 lo g20lo g10 ppppLP 式中 pL - 聲壓級(jí)（ dB） p - 所有聲壓（ Pa） 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 （ 3） 噪聲評(píng)價(jià)數(shù) NR 利用噪聲評(píng)價(jià)數(shù) NR (Noiste Rating)評(píng)價(jià)噪聲，同時(shí)考慮了噪聲在每個(gè)倍頗帶內(nèi)的強(qiáng)度和頻率兩個(gè)因素，故比用單一的 A 聲級(jí)作評(píng)價(jià)指標(biāo)更為嚴(yán)格。噪聲評(píng)價(jià)數(shù)這一評(píng)價(jià)指標(biāo)主要用子評(píng)定噪聲對(duì)聽覺的損傷、語(yǔ)言干擾和對(duì)周圍環(huán)境的影響。 NR 數(shù)可由下式?jīng)Q定 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 1.3 機(jī)械噪聲源的識(shí)別 在同時(shí)有許多噪聲源，或包含許多振動(dòng)發(fā)聲部件的復(fù)雜聲源情況下 ，為了確定各個(gè)聲源或振動(dòng)部件的聲輻射特性、區(qū)分噪聲源，并根據(jù)它們對(duì)于聲場(chǎng)的作用等而進(jìn)行的測(cè)量與分析稱為噪聲源識(shí)別。識(shí)別的目的在于控制。由于聲源的復(fù)雜程度不同，聲派識(shí)別的難易相差很大。識(shí)別噪聲源，必須掌握噪聲源各發(fā)聲部位的噪聲特性，如聲的強(qiáng)度、頻率特性、時(shí)間特性、指向性特性和傳播特性等。特別要分析發(fā)聲系統(tǒng)的激勵(lì)和響應(yīng)情況。此外，還必須熟悉噪聲源的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)性能等。通過測(cè)量、分析面識(shí)別噪聲源這與對(duì)噪聲信號(hào)的分析處理密切相關(guān)。 對(duì)機(jī)械噪聲源常用的識(shí)別方法有以下幾種，即 （ 1）分部開動(dòng)法：在可能的情況下， 在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，分別關(guān)掉或脫開各傳動(dòng)部件或環(huán)節(jié)，并測(cè)量每一步驟的噪聲，以識(shí)別這一部件或環(huán)節(jié)對(duì)總噪聲的貢獻(xiàn)，從而找出主要噪聲源。 （ 2）時(shí)域分析法： 根據(jù)聲源或聲源各部分時(shí)間特性的差別來(lái)識(shí)別，例如，對(duì)噪聲信號(hào)的自相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)和提取混雜在噪聲中的周期信號(hào) ;對(duì)噪聲信號(hào)作互相關(guān)分析，可以確定噪聲的傳遞通道 ;利用對(duì)噪聲信號(hào)的多次平均技術(shù)亦有助于檢測(cè)出其中的周期信號(hào)。這些都有助于識(shí)別出主要噪聲源。 （ 3）頻域分析法：采用窄帶濾波的方法，從得到的噪聲頻譜中，可了解到噪聲所含有的頻率成分及對(duì)噪聲貢獻(xiàn)較大的主 要頻率成分 ;進(jìn)一步通過振動(dòng)測(cè)量，或具體機(jī)械某些特征頻率的計(jì)算，從而識(shí)別出主要噪聲源。通過對(duì)噪聲功率譜密度的分析，同樣可以了解到噪聲的頻率結(jié)構(gòu)及主要頻率成分 ;通過相干分析，從相干函數(shù)的圖形上可以幫助我們判斷所測(cè)量的噪聲總能量中，各個(gè)聲源的貢獻(xiàn)大小，從而識(shí)別聲源。 （ 4）近場(chǎng)聲強(qiáng)法：在機(jī)器部件表面附近的許多點(diǎn)處測(cè)量聲強(qiáng)并成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 求積分，可求得該部件的聲功率。而在測(cè)量表面之外的噪聲源，并不影響測(cè)量結(jié)果，因此在本底噪聲很大的現(xiàn)場(chǎng)，也能判斷噪聲源的位置。 （ 5）表面振動(dòng)速度測(cè)量法：通過測(cè)量聲源作機(jī)械振動(dòng)的表面的振動(dòng)速度來(lái) 識(shí)別聲源，因振動(dòng)表面輻射的聲功率，在振動(dòng)表面各點(diǎn)作同相位振動(dòng)的情況下，與表面振動(dòng)速度的均方值成正比。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 第二章 常見機(jī)械噪聲源特性及其控制 2.1 一般控制原則與控制方法 機(jī)械噪聲源中， 機(jī)械性噪聲和氣體動(dòng)力性噪聲的控制原則見表 1； 某些機(jī)械設(shè)備噪聲的控制方法見表 2； 工業(yè)噪聲一般控制方法見表 3； 表 1 機(jī)械噪聲控制的一般原則 控制原則 措施舉例 降低激振力 （ 1）用連續(xù)運(yùn)動(dòng)代替不連續(xù)運(yùn)功 （ 2）減小運(yùn)動(dòng)部件的重量或速度 （ 3）提高機(jī)器和運(yùn)動(dòng)部件的平衡精度 （ 4）控制運(yùn)動(dòng)部件間隙 .減少?zèng)_擊 （ 5）改進(jìn)機(jī)器性能參數(shù) 減小機(jī)械振動(dòng) （ 1）采用高阻尼材料或增加結(jié)構(gòu)阻尼 （ 2）增加動(dòng)剛度，如合理加肋等 （ 4）改變零件尺寸、如增大壁厚，以改變固有頻率 （ 5）正確校正中心，改善潤(rùn)滑條件 （ 6）采用減振器、隔振器或緩沖器 降低氣體動(dòng)力性噪聲 （ 1）防止氣流壓力突變，消除射流噪聲和激波噪聲 （ 2）降低氣體流速，減小氣體壓降和分散降壓 （ 3）設(shè)計(jì)高效消聲器 （ 4）改變氣流頗潛特性。向高頻方向移動(dòng) （ 5）降低氣流管道噪聲，如改變管道支持位置等 降低機(jī)械性噪聲 （ 1）減小齒輪、軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓系統(tǒng)等噪聲 （ 2）改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)和材料，如果用新型凸輪等 （ 3）合理設(shè)計(jì)罩殼、蓋板，防止激振 .減少噪聲輻射 （ 4）設(shè)計(jì)局部的隔聲源 （ 5）采用電子干涉消聲裝置，降低窄頻噪聲 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 表 2 某些機(jī)械設(shè)備的噪聲控制方法 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 表 3 工業(yè)噪聲的一般控制方法 控制職能 控制途徑 一般控制方法 舉例 備注 工程方面 噪聲源 維護(hù) 經(jīng)過零件的調(diào)換、修理、調(diào)節(jié) 或 校正，維持原有的噪聲 更換磨損的抽承或零件，調(diào)整松動(dòng)了的配合，扣緊已松開的蓋板或安全防護(hù)罩 通常是現(xiàn)有設(shè)備噪聲級(jí)增大的主要原因 工程方面 噪聲源 運(yùn)轉(zhuǎn) 降低驅(qū)動(dòng)力 運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高于實(shí)際需要的數(shù)值，降低加速與減速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力 可能需要使用大型低速驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減小摩擦力 運(yùn)轉(zhuǎn)部件的良好潤(rùn)滑。在切削和磨削時(shí)，應(yīng)利用潤(rùn)滑油和冷卻劑。使用鋒利適度的刀具 目前已普遍采用 將工作的能量分散在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi) 采用分段的沖模，采用水壓機(jī)和采用油膜緩沖器 沖擊噪聲取決于沖擊力的最大幅值和飯金加工操作的特點(diǎn) 變更人機(jī)站位的分界面 當(dāng)噪聲的指向性明顯時(shí)，改變 噪聲源的位置或方向 只對(duì)近場(chǎng)有效，在混響聲場(chǎng)中噪聲的的位置或方向 降低材料運(yùn)輸中的沖擊噪聲 在臺(tái)架導(dǎo)軌、滑行 道、輸送設(shè)備中用彈性襯墊 利用薄的金屬涂層，可將彈性襯墊的損耗減少到最低程度 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 工程方面 噪聲源 調(diào)整 減小振動(dòng)表面的響應(yīng) 增加剛性或質(zhì)量，采用阻尼材料，改進(jìn)支承 增加剛性或質(zhì)量，將相應(yīng)地提高或降低固有頻率。阻尼膠帶或直接將阻尼材料噴涂在金屬表面上將使噪聲降低，這對(duì)金屬薄板最為有效 改變或控制流體流動(dòng) 安裝進(jìn)氣或排 氣消聲器。降低風(fēng)扇葉片外緣的線速度，重新設(shè)計(jì)風(fēng)扇葉型以減小湍流。降低蒸氣噴射速度口將排氣噪聲引導(dǎo)到不令人注意的區(qū)域 消聲器能降低高頻噪聲 3050dB，低頻 噪 聲 降 低620Db，對(duì)于無(wú)阻擋的噴射流體，噪聲功率正比于流速的 68 次方 使用彈性的或內(nèi)耗大的材料 尼龍齒輪，以帶式傳動(dòng)代替齒輪，采用低強(qiáng)度鋼 在重載荷情況不適用。磨損問題用留有余量的設(shè)計(jì)來(lái)部分地加以解決 減少輻射表面面積 將表面分隔成更小的面積。零件呈流線型。采用穿孔金屬表面 能減少低頻輻射噪聲 轉(zhuǎn)動(dòng)力或磁性力的平衡 采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡塊或往復(fù)的構(gòu)件 剛性不足的電動(dòng)機(jī)必須在三個(gè)平面上進(jìn)行平衡 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 2.2 滾動(dòng)軸承噪聲及其控制 軸承噪聲與軸承本身的設(shè)計(jì)、精度、類型、安裝及使用條件等因數(shù)有關(guān)。軸承噪聲對(duì)精密機(jī)械是不容忽視的主要噪聲源。軸承噪聲一般具有寬的頗率范圍，滾動(dòng)軸承的頻率近似估算見表 5。由于軸承座圈的溝道加工留下波紋而引起的振動(dòng)，波紋波數(shù)與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系見表 6 軸承噪聲的控制措施，包括仔細(xì)選擇軸承及其使用條件 ;提高軸承加工精度 ;減小軸承安裝后的徑向間隙 ;良好的潤(rùn)滑 ;增大軸承安裝支座 的剛性 ;防止軸承銹蝕和雜質(zhì)進(jìn)人軸承等 附表（滾動(dòng)軸承頻率估算公式） 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 2.3 齒輪傳動(dòng)噪聲分析及其控制 齒輪噪聲的產(chǎn)生是由于齒輪本身可視為一彈簧 -質(zhì)量系統(tǒng) (輪齒可視為板簧，而輪體則視為質(zhì)量塊 )，在齒輪嚙合過程中，由于齒輪的各種誤差及輪齒彈性剛度的周期性變化等造成了激勵(lì)，從而使這一系統(tǒng)產(chǎn)生了周向、徑向和軸向的振動(dòng)，通過固體傳導(dǎo)或直接輻射等傳播途徑而形成齒輪噪聲 .齒輪噪聲的主要頻率 一、 齒輪傳動(dòng)噪聲產(chǎn)生原因 （ 1） 嚙合齒輪節(jié)點(diǎn)的脈動(dòng)沖擊。我們知道一對(duì)漸開線齒輪在傳動(dòng)過程中，各對(duì)輪齒的接觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 的軌跡始終在嚙合線上依次前進(jìn)。根據(jù)齒輪的嚙合原理可知，齒輪副在傳動(dòng)過程中在整個(gè)嚙合線是齒廓間相對(duì)滑動(dòng)速度的大小將隨嚙合點(diǎn)位置不同而改變，其中以嚙合開始點(diǎn)與嚙合結(jié)束點(diǎn)為最大，而在節(jié)圓切點(diǎn)的滑動(dòng)速度為零，同時(shí)相對(duì)滑動(dòng)速度的方向在節(jié)圓切點(diǎn)開始改變。由于相對(duì)滑動(dòng)速度的大小和方向的改變以及滑動(dòng)摩擦系數(shù)的存在，必然存在大小和方向相應(yīng)改變的摩擦力，這也必定在節(jié)點(diǎn) 上發(fā)生力的脈動(dòng)沖擊，即節(jié)點(diǎn)脈動(dòng)。它的大小和持續(xù)時(shí)間與齒輪嚙合時(shí)的傳遞力、輪齒間的摩擦系數(shù)、相對(duì)滑動(dòng)速度的大小等因素有關(guān)。因此，齒輪的傳遞功率越大。這種在嚙合過程中 產(chǎn)生的脈動(dòng)沖擊是不可避免，它將使齒輪產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊。 （ 2）齒輪的嚙合沖擊 一對(duì)齒輪在嚙合過程中，其輪齒受力后必將產(chǎn)生一定程度的沖擊變形，而每當(dāng)一個(gè)輪齒新嚙合上時(shí)，原嚙合輪齒的載荷就會(huì)相對(duì)減少，因而變形齒輪就會(huì)恢復(fù)形狀，從而給齒輪體一個(gè)切向加速度。加上原有嚙合輪齒在受載下的變形，使新嚙合的輪齒不能得到理論齒廓的平滑接觸而放生碰撞，形成所謂的“嚙合沖擊力”。齒輪在這種激振力作用下，也將引起齒輪的圓周振動(dòng)、徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 噪聲控制方法 ： 脈動(dòng)沖擊與嚙合沖擊雖然是難以避免的，但我們可以通過控制設(shè) 計(jì)參數(shù)、加工精度、工作參數(shù)等來(lái)降低這兩種沖擊力，控制噪聲污染。 二、 齒輪結(jié)構(gòu)與噪聲的關(guān)系 （ 1）齒輪的類型。齒輪輪齒的嚙合狀態(tài)與齒輪類型有關(guān)， 直齒輪的輪齒雖然也為線接觸，直齒輪的輪齒在接觸瞬間是整個(gè)齒寬的接觸線，而斜齒輪雖然也為線接觸，但是它是由齒頂?shù)囊欢酥饾u進(jìn)入嚙合，其接觸線開始由短變長(zhǎng)，以后又逐漸縮短，直到脫開嚙合為止。由于斜齒輪的實(shí)際嚙合線較直齒輪傳動(dòng)大，所以斜齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性與承載能力都較直齒輪高，在工作條件相同的情況下，直齒輪傳動(dòng)噪聲較斜齒輪高 3 10dB。 （ 2）齒輪的模數(shù)。齒輪模數(shù) m 是齒輪設(shè)計(jì) 中的一個(gè)基本參數(shù)，模數(shù)大即齒輪尺寸大，承載能力也大。輪齒的彎曲和模數(shù)成反比，增大模數(shù)也就提高了輪齒的剛度，這樣嚙合傳動(dòng) 時(shí)輪齒彈性變形小，降低了輪齒產(chǎn)生的沖擊了，從而降低了噪聲，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)模數(shù)宜取大。但齒輪的加工誤差也和模數(shù)有很大關(guān)系，模數(shù)越大，則齒距誤差與齒形誤差也將增大，小模數(shù)可以減小加工誤差。 （ 3）齒輪齒數(shù)與直徑。在模數(shù)已定的條件下，改變齒輪齒數(shù)也改變了齒輪的直徑 0d ，這也將引起彈性剛度及彎曲量的變化。雖然改變齒輪直徑對(duì)齒輪的加工精度影響不大，但隨著 齒輪 直徑的增大而加大了噪聲輻射面積。因而增大齒輪直徑對(duì)降低噪聲不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的縮小齒輪直徑。 （ 4）齒寬。齒輪的寬度與齒輪的 彎曲變形成反比，因而噪聲隨齒寬的增大而減小。從降低噪聲的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)齒輪時(shí)宜取小的直徑，而其強(qiáng)度可用增大寬度的辦法來(lái)彌補(bǔ)，必要時(shí)也可選擇合適的材料也熱處理來(lái)提高齒輪強(qiáng)度。但是齒寬的增加容易引起齒向誤差和接觸不良，為了克服這一缺點(diǎn)，可采用限定齒寬增加輪成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 體寬度的辦法。 （ 5）嚙合系數(shù)。一對(duì)嚙合齒輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)即使沒有制造誤差，也會(huì)由于載荷作用下輪齒的彎曲變形而使被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生瞬時(shí)脈動(dòng)進(jìn) 而產(chǎn)生噪聲。齒輪在嚙合 過程中一般嚙合系數(shù)都在 1 2 范圍內(nèi)，即齒輪在開始嚙合到終了嚙合同時(shí)參加嚙合的齒數(shù)不大于 2，而齒輪本身相當(dāng)于一個(gè)剛性較強(qiáng)的彈簧，兩齒嚙合比一嚙合的剛度大。為了使齒輪嚙合平穩(wěn)，應(yīng)盡可能的增大嚙合系數(shù)。但是壓力角為 20 的正齒輪滿足不了嚙合系數(shù)為 2 的要求，因此可以采用斜齒輪傳動(dòng)。此時(shí)嚙合系數(shù)可由下式?jīng)Q定： nss tB /s in 輪齒嚙合系數(shù)； s 端面嚙合系數(shù)； 螺旋角； nt 法向周節(jié)； B 齒厚 由此式可知采用斜齒輪傳動(dòng)后，只要適當(dāng)調(diào)整 B 和 角，就有可能使 達(dá)到 2。 三、 齒輪制造誤差與噪聲的關(guān)系 （ 1）周節(jié)誤差。一對(duì)齒輪嚙合運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)，由于存在著周節(jié)誤差使輪齒產(chǎn)生嚙合沖擊及角速度的急劇變化，引起整個(gè)齒輪軸系的振動(dòng)而發(fā)生噪聲。周節(jié)誤差對(duì)從動(dòng)齒輪的影響大于主動(dòng)齒輪，因而在周節(jié)誤差的校正方面宜首先在從動(dòng)齒輪上采取措施。 （ 2）齒形誤差。齒形誤差是由于分度機(jī)構(gòu)、刀具齒形誤差、 展成機(jī)構(gòu)誤差以及傳動(dòng)系統(tǒng)剛性不足和切削力的變化、熱處理變形等因素造成，它對(duì)噪聲的影響最大。 （ 3）接觸精度。齒面接觸精度的高低將影響齒輪噪聲的大小，齒成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 面接觸 不良，噪聲將會(huì)增大，所以齒輪在裝配前必須進(jìn)行齒輪接觸精度的檢查，一般采用涂色法進(jìn)行。 （ 4）側(cè)隙。一般說(shuō)來(lái)，齒輪側(cè) 隙對(duì)噪聲影響不是很大，但當(dāng)側(cè)隙過小或無(wú)側(cè)隙時(shí)，噪聲 反而增大，而如果側(cè)隙過大，又使嚙合撞擊程度加大，所以應(yīng)合理選取側(cè)隙。 （ 5）齒面粗糙度。齒面粗糙度的影響主要是通過齒面間摩擦系數(shù)的大小來(lái)反映。 四、 齒輪噪聲的可能降噪量 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 五 、 噪聲控制實(shí)例 由以上分析可知，要控制齒輪傳動(dòng)噪聲，必須在設(shè)計(jì)與制造階段合理確定齒輪的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)及制造精度。鄭州勘察機(jī)械廠成產(chǎn)的 ZKL801 雙電機(jī)動(dòng)力頭在齒輪傳動(dòng)方面進(jìn)行了很好的降噪處理。 ZKL801 雙電機(jī)動(dòng)力頭可與步履式樁架、懸掛式樁架、滾管式樁 架及三支架配套使用，進(jìn)行長(zhǎng)螺旋鉆孔施工。它由立式電機(jī)通過齒式連軸器與行星變速機(jī)構(gòu)連接，在通過一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳給輸出軸進(jìn)行工作。此動(dòng)力頭設(shè)計(jì)時(shí)從齒輪結(jié)構(gòu)、材料等多方面進(jìn)行降噪考慮。圖 1 是 ZKL801 動(dòng)力頭的傳動(dòng)示意圖。 圖 1 ZKL801 雙電機(jī)動(dòng)力頭傳動(dòng)示意圖 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 圖中主動(dòng)齒輪 1 與從動(dòng)齒輪 2 采用斜齒輪，在加工時(shí)注意螺旋角的加工精度并選配了剛性較好的軸和軸承，避免因螺旋角而引起的軸向振動(dòng)。主從齒輪模數(shù)也控制在 5 以內(nèi)，以免增加加工誤差。在行星變速機(jī)構(gòu)中采用了一個(gè)雙聯(lián)齒輪 4 增大了輪體寬度，相對(duì)于通過加大齒 寬來(lái)降低噪聲。對(duì)于由雙輪軸 8 與大斜齒輪 9組成的一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，由于載荷時(shí)常變化且沖擊較大，在采用斜齒輪傳動(dòng)的同時(shí)，通過調(diào)整齒厚于螺旋角來(lái)控制嚙合系數(shù)， 使 略大于 2 以減輕輪齒變形，控制噪聲。對(duì)于太陽(yáng)輪 3 與中心輪 6 用縮小齒輪直徑來(lái)降低噪聲，同時(shí)采用了強(qiáng)度相當(dāng)高的材料以便讓它們?cè)诔叽绾苄〉那闆r下滿足強(qiáng)度要求。在加工方面，對(duì)與噪聲有密切關(guān)系的周節(jié)誤差、齒形誤差、接觸精度、齒面粗糙度等作了嚴(yán)格要求，并進(jìn)行了齒根與齒頂修緣，齒輪修整等。 通過以上措施使得 ZKL801 動(dòng)力頭的步履 式螺旋鉆機(jī)載施工中具有成孔效率高、低噪聲、低振動(dòng)、無(wú)污染、成孔質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，特別適應(yīng)城市建設(shè)和城市改造工程文明施工的要求。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 第三章控制實(shí)例 對(duì)機(jī)械 噪聲 源控制的方法取決于機(jī)械本身的工作原理及結(jié)構(gòu)特征 。 以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，從發(fā)聲機(jī)理來(lái)講，主要應(yīng)控制機(jī)械 振動(dòng) 噪聲和空氣動(dòng)力噪聲 。 3.1 機(jī)械振動(dòng)噪聲的控制 發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)零件都是一種結(jié)構(gòu)，都有會(huì)在激振力作用下發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)著的結(jié)構(gòu)表面會(huì)輻射噪聲，所以結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪 聲又稱表面輻射噪聲根據(jù)激振力的不同可分為燃燒聲和機(jī)械噪聲兩種 ： （）燃燒噪聲及控制 燃燒噪聲是混合氣在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的燃?xì)饬χ苯蛹ふ癜l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 所產(chǎn)生的噪聲，是由缸內(nèi)壓力變化引起的因此，燃燒噪聲的高低與燃燒系統(tǒng)形式主義有很大關(guān)系，主要是因?yàn)楦鞣N燃燒系統(tǒng)的汽缸壓力變化曲線不同，如果壓力曲線比較平滑，峰值較低，則燃燒噪聲也較低實(shí)驗(yàn)與分析研究表明，自然吸氣直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲的聲強(qiáng)與缸徑的次方成正比間接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲比直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)低 d左右對(duì)燃燒噪聲的主要控制措施是：縮短發(fā)火延遲期，改進(jìn)氣閥及燃燒室設(shè)計(jì)，使燃燒初期壓力 變化較為平滑，設(shè)置預(yù)燃室，控制噴油的初始速率，以及廢氣再 循環(huán)等 。 （）機(jī)械噪聲及控制 機(jī)械噪聲來(lái)源于機(jī)械部件之間的交變力這些力的傳遞和作用一般分為三類：撞擊力，周期性作用力和磨擦力撞擊力引起的撞擊噪聲以受撞部件結(jié)構(gòu)共振所激發(fā)的結(jié)構(gòu)噪聲的影響最強(qiáng)，應(yīng)以降低結(jié)構(gòu)噪聲為主要的控制措施摩擦噪聲絕大部分是摩擦引起摩擦物體的張弛振動(dòng)所激發(fā)的噪聲，尤其當(dāng)振動(dòng)頻率與物體固有振動(dòng)頻率吻合時(shí)，物體共振產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦噪聲，克服的基本方法是減少摩擦力旋轉(zhuǎn)機(jī)械的周期性作用力最簡(jiǎn)單的是由轉(zhuǎn)動(dòng)軸，飛輪等轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)不平衡所引起的偏心力，它的作用會(huì)由于機(jī)件縫隙的存在，結(jié) 構(gòu)剛度不夠或磨損嚴(yán)重而增在，成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 26 這樣，又進(jìn)一步增強(qiáng)撞擊和摩擦而激發(fā)更強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)和噪聲 3.2 控制基本原則 機(jī)械噪聲的控制主要是根據(jù)發(fā)聲機(jī)理，采用低噪聲結(jié)構(gòu)，降低機(jī)械在運(yùn)行時(shí)的撞擊 和不平衡激振所產(chǎn)生的噪聲，并隔絕或衰減在傳播途徑中所輻射的噪聲 。 基本原則為： （ 1） 降低激振力 。 根據(jù)不同的激振特征采取相應(yīng)的降低激振力的措施，如改變運(yùn)動(dòng)部件的撞擊狀態(tài)；降低運(yùn)動(dòng)部件的碰撞速度；提高運(yùn)動(dòng)部件的平衡精度等以內(nèi)燃機(jī)為例，內(nèi)燃機(jī)活塞對(duì)汽缸壁的敲擊發(fā)生在上止點(diǎn)和下止點(diǎn)附近的敲擊最為嚴(yán)重，敲擊的強(qiáng)度主要取決于汽缸的最 高爆發(fā)壓力和活塞與缸套之間的間隙減少活塞敲擊力的可能措施有以下幾項(xiàng) :減少活塞與氣缸間隙 ,比如采用緊配式活塞 ;在鋁合金活塞中用鋼質(zhì)支撐；對(duì)活塞裙部直徑進(jìn)行熱控制等；進(jìn) 行強(qiáng)力潤(rùn)滑；設(shè)置有回彈力的活塞裙部，緩沖活塞對(duì)汽缸壁的沖擊力等 。 （ 2） 降低機(jī)械系統(tǒng)中零件對(duì)激振力的響應(yīng) 。 首先要防止共振采用增加噪聲輻射面的質(zhì)量（減低固有頻率）或增加剛度（提高固有頻率）等方法改變共振部件的固有頻率，可有效地減少部件的振動(dòng)和噪聲；其次恰當(dāng)改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，可提高抗振力，使得在相同激振條件下降低振動(dòng)和噪聲；還可以改善 機(jī)械結(jié)構(gòu)的阻尼特性，這也是降低振動(dòng)共振響應(yīng)的最為有效的一種方法 。 （ 3） 控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射的結(jié)構(gòu)噪聲 。 3.3 減少?gòu)澢駝?dòng) 彎曲振動(dòng)是結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)輻射結(jié)構(gòu)噪聲的主要方式控制發(fā)動(dòng)成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，減少?gòu)澢駝?dòng)，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是當(dāng)前下在深入研究的課題可能采取的措施有民下幾項(xiàng)： （）通過模態(tài)分析和借態(tài)修改，重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，如采用框架式或中分面式曲軸箱 （）減少振動(dòng)表面彈性材料的固有振動(dòng)方式，可采用提高材料勁度的方法，對(duì)析狀材料可加筋或壓波紋筋 （）增加振動(dòng)表面的阻尼性能，如粘貼黏性阻礙 尼材料，在油底殼，汽缸頭罩等到處采用復(fù)合阻尼鋼板 （）采用隔振技術(shù)，阻斷機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲傳遞到輻射表面，如采用管道隔振等 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 28 總結(jié) 論文首先敘述了機(jī)械噪聲的分析及其評(píng)價(jià)，然后是對(duì)常見噪聲源的控制及其控制機(jī)理，最后進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲的特例分析和控制 機(jī)理的論述 ， 提出了解決方案， 完成了課題要求的內(nèi)容。 噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)的如此發(fā)展不是偶然的，它的發(fā)展有一個(gè)技術(shù)后盾，那就是一個(gè)比較有力的噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)隊(duì)伍。目前，國(guó)內(nèi)直接從事噪聲與振動(dòng)控制的教學(xué)、設(shè)計(jì)、研究、監(jiān) 測(cè)、計(jì)量的單位有二百余個(gè)，人數(shù)在三千人以上。其中包括教育、培養(yǎng)這方面專業(yè)人才的清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高等學(xué)府，以及中國(guó)科學(xué)院研究所、中國(guó)建筑科學(xué)研究院物理所、華東建筑設(shè)計(jì)院、中船總公司九院、北京勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所等科研設(shè)計(jì)單位。另外，解放后國(guó)內(nèi)公開出版發(fā)行的有關(guān)噪聲與振動(dòng)方面的書籍有一百七十余種，其中 90以上是八十年代以來(lái)出版的。在國(guó)內(nèi)公開發(fā)行的雜志有噪聲與振動(dòng)欄目的有二十余種，如聲學(xué)學(xué)報(bào)、噪聲與振動(dòng)控制、應(yīng)用聲學(xué)、中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)等。這些專著和刊物較全面系統(tǒng)地總結(jié)和介紹 了國(guó)際國(guó)內(nèi)噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)的發(fā)展起到了積極的指導(dǎo)推動(dòng)作用。 展望我國(guó)噪聲與振動(dòng)控制行業(yè)的今后發(fā)展動(dòng)向，我以為會(huì)有如下特點(diǎn)： 1源也在走向外遷、規(guī)范和集中的階段，所以工業(yè)污染源的噪聲與振動(dòng)控制會(huì)從以往的環(huán)境治理的主導(dǎo)地位，退居到較次要的地位。就環(huán)境噪聲而言，城市道路和城市鐵路噪聲將成為環(huán)境治理的重點(diǎn)，聲屏障和隔聲窗將可能成為治理手段中的熱點(diǎn)產(chǎn)品。從開放式聲屏障、局部封閉全封閉聲屏障到高效隔聲窗及通風(fēng)隔聲窗，各種各樣的新型隔 聲、吸聲材料都可能使用到這些產(chǎn)品中去，新