減振降噪在機械設計中的應用分析

摘 要：在科技迅猛發(fā)展的今天，機械設備越來越頻繁的出現(xiàn)在人們眼前，同時不可避免地帶來了噪聲污染問題。機械噪聲不僅對機械自身的使用壽命和性能有影響，對社會環(huán)境和人類的生命安全也造成了一定的威脅，因此，如何高效率的減振降噪已成為了迫在眉睫的問題。現(xiàn)如今，在機械設計中出現(xiàn)了多種減振降噪技術，且大部分達到了理想的使用效果，本文將從噪聲的分類及來源、機械設計中噪聲源的控制方法以及機械設計中阻隔傳播途徑的有效減振降噪手段三大部分內(nèi)容來闡述減振降噪在機械設計中的效用。

關鍵詞：機械設計；減振降噪；應用效果

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0273-02

引 言

作為世界上的三大污染之一，噪音污染和水污染、空氣污染一樣都會在很大程度上威脅人類的身心健康。當代建筑施工逐漸趨于集約化和機械化，故想要控制運行機械的噪聲必須從兩方面著手，即噪聲源與噪聲傳播途徑，只有控制好了這兩大方向，才能保護生態(tài)環(huán)境、減少噪音對人類與社會的危害，才能為人類創(chuàng)造一個更加健康、安全、舒適的生存環(huán)境。

1 噪聲的分類及來源

噪聲可以根據(jù)噪聲源的不同劃分成兩個大類，分別是機械性噪聲和空氣動力性噪聲。其中，機械性噪聲是由于固體震動所產(chǎn)生，在運行機械時，很多時候設備零件相互之間會發(fā)生其摩擦、震動、旋轉(zhuǎn)、碰撞等，這就引發(fā)了噪聲，機械性噪聲主要有結轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的電磁噪聲、振動噪聲、軸承噪聲、摩擦噪聲、構噪聲、周期性作用力激發(fā)的噪聲和較為常見的齒輪噪聲?？諝鈩恿π栽肼晛碓从谖矬w與不穩(wěn)定氣流、高速氣流等氣流之間相互作用，包括旋轉(zhuǎn)噪聲、噴射噪聲、燃燒噪聲等。

2 機械設計中噪聲源的控制方法

2.1 按照機械作業(yè)情況的不同，選取最優(yōu)材料建造機器設備

若想降低機械運行過程中的噪聲，機械設備的自身材料因素應當?shù)谝粋€被考慮到，這是因為所用材料的不同其內(nèi)阻尼性能也不一致。所謂的內(nèi)阻尼性能就是當某材料受到一定激振力時，其內(nèi)部分子抑制構件振動與消耗吸收能量的能力，通常來說，內(nèi)阻尼性能的選擇對于避免噪聲有重要作用，因此，在設計某機械時，不僅應當對材料的物理性能、化學性能、力學性能、工藝性能等方面進行篩選，還要將內(nèi)阻尼性能列入考慮范圍之內(nèi)。如果材料的內(nèi)阻尼不大，就會較少地消耗振動能量，在給予激振力的情形下，材料的構件表面就容易發(fā)生巨大噪聲，生活中常見到的銅、鐵、鋁等金屬材料既是如此，而如果材料的內(nèi)阻尼不小，在給予激振力的情形下，振動能量就會被內(nèi)部分子轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗，這就起到了降噪的效果，高分子材料與合金就是最好的例子，所以，當設計機械設備到齒輪部位時，結合旋轉(zhuǎn)強度、轉(zhuǎn)速要求等實際情況并適當運用高分子材料、合金材料、非金屬材料值得一試?？傮w來說，機械組成材料是決定機械運行噪聲的重要因素，只有按照機械作業(yè)情況的不同，選取最優(yōu)材料建造機器設備，才能將噪聲控制在聲源處。

2.2 改善機械結構，確保降噪效果具佳

結構噪聲在空氣當中不存在，是由于輻射源穿過設備本身的機械結構造成的，這一類噪聲也是在機械運行中較為常見，但與大多數(shù)噪聲不同的是，這種噪聲將極大地影響機械的使用性能，容易損壞機械內(nèi)部結構并使得機械的使用年限縮短。以振動為主要工作方式的振動篩和齒輪箱等封閉殼體的機械，其結構振動輻射聲在總聲能中占比可高達96%，因此，要想獲得令人滿意的降噪效果，在設計機械環(huán)節(jié)中也要加強結構優(yōu)化，從結構上消除噪聲源。結構噪聲的主要是由進排氣噪聲、液壓泵與管路噪聲、電磁噪聲、振動篩噪聲、齒輪噪聲等部分產(chǎn)生。

電磁噪聲的產(chǎn)生原因主要在于電磁力的不平衡，該噪聲常見于變壓器、變頻器與大型電動機中。另外，同步交流電動機與直流電動機所發(fā)出的電磁噪聲沒有較大差別，在減少這類電磁噪聲時，可以采用改變斜槽轉(zhuǎn)子或改變氣隙間距的方式。而解決交流異步電動機電磁噪聲的方式眾多，不僅可以采用斜槽轉(zhuǎn)子或閉口齒槽達到削弱（或消除）高次諧波，還可以改變氣隙磁密削弱定子轉(zhuǎn)子和基波磁通各高次諧波的磁勢幅值，最終將徑向作用力減弱。

齒輪組之間進行摩擦與碰撞會帶動齒輪體震動而產(chǎn)生噪聲，這種噪聲就是齒輪噪聲。在控制齒輪噪聲的噪聲源時，可以選擇將直齒輪替換成人字齒或斜齒輪，此時齒輪間的力傳遞均勻，可以減弱沖擊載荷而起到降噪效果，也可以選擇高分子、鋁合金等內(nèi)阻尼性能較高的材料來構建齒輪。此外，減少壓力角、對齒輪進行修齒以控制齒側間隙以及在齒輪上使用潤滑劑都是控制齒輪噪聲比較有效的方案對于振動噪聲的控制方法主要有兩種，一種是改變軸承滾動體的結構，而另外一種是將相應的減震器安裝在機械設備上。具體的做法可以是將減震器安裝在設備的篩體與軸承之間，使設備既能夠平穩(wěn)運行，又可以減少自身的高頻響應，從而實現(xiàn)降噪。

3 機械設計中阻隔傳播途徑的有效減振降噪手段

3.1 隔聲技術

隔聲技術需要很好地運用隔聲材料，否則將不能抵擋住機械設備在運行時的噪聲。對于通常所見的機械設備，可以在其筒體安裝隔聲套，隔聲套由復合性材料制作而成，具有多層耐熱性質(zhì)，倘若設備自身含有阻尼材料，在該材料的作用下，就能降低和阻隔筒體噪聲。隔聲套的作用就是使用罩形結構將電機、鋼球磨煤機以及齒輪箱等機械都封閉起來，讓這些頻繁發(fā)出噪聲的設備局限再一個小范圍的空間里，從而減少噪聲的輻射量，如此一來，能夠從控制傳播途徑方面減弱機械設備所在房間的噪聲。而在設計隔聲屏幕時，采取固定的形式設計也可以起到較好的阻擋、隔音效果。

3.2 吸聲技術

吸聲技術與隔聲技術大致相同，主要是吸收了機械設備齒輪中的材料縫隙，以此減少機械設備在運行過程中的材料摩擦。吸聲技術事實上是采用吸聲材料消耗振動能量的方法，當噪聲穿透到材料的空隙中，吸聲材料與聲音會產(chǎn)生摩擦作用，加上吸聲材料自身具有導熱性、粘滯性，使得材料纖維振動，最終噪聲的能量被轉(zhuǎn)換為熱能消耗殆盡，在空氣中無法繼續(xù)傳播。若要減少房內(nèi)機械設備發(fā)出的噪聲，可以選擇在房屋的屋頂上或者房屋內(nèi)部四周粘貼吸聲材料，在降低機械設備所在房屋內(nèi)噪聲的同時避免噪聲穿透房屋傳播到外部環(huán)境里。

3.3 隔振技術

由于震動噪聲也是運行機械設備過程中難以避免的一類噪聲，所以要控制此類噪聲必須控制好振動源，即做好隔離振動源的工作，與此同時，將阻尼件鏈接到機械設備當中，這樣才能改變機械設備震動的頻率，保障機械設備長久運行，才是減震降噪的合理方式。

3.4 消聲裝置

除了隔聲、吸聲、隔振這三項設備外部技術之外，在設計機械設備過程中，還應當加入消聲技術，而所謂消聲就是消除機械設備中的噪音。消聲技術可以分為被動消聲和主動消聲兩類，其中，主動消聲在當今社會比較成熟，消聲器就是最常見的主動消聲裝置之一，主動消聲不僅能夠快速、高效地控制噪音，還可以與干擾音波相結合一并消滅噪音。另外，在采取消聲技術控制機械設備噪聲時，控制排氣口沿著管道及進氣口噪音都是比較科學可行的方案，只有當機械設備所發(fā)出的是結構噪聲和電磁噪聲這兩類時，使用消聲器才不能發(fā)揮作用。

4 結 語

綜上所述，噪聲是機械設備運行質(zhì)量的重要考核標準之一，想要提高機械設備在運行期間的效率就應當從設計機械環(huán)節(jié)著手，從源頭和渠道另方面進行，制定出若干項合理、科學的噪音與振動控制對策，唯有如此，才能達到較高的減振效果，并將噪音污染降到最低，一方面保障機械設備的正常運作，另一方面實現(xiàn)機械運行的綠色化和持久化發(fā)展。

參考文獻

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[2]楊 磊.減振降噪在機械設計中的應用分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2017，7（2）：32～33.

收稿日期：2018-8-13

作者簡介：王國平（1986-），男，黎族，安順人，機械助理工程師，本科，主要從事設備管理與維護工作。