浅析减振降噪在机械设计中的作用

时间：2024-10-28

赵先峰

（铜陵有色工程技术分公司，安徽铜陵 244000）

机械设计中，应该对减振降噪相关技术进行深入研究，合理控制噪声源头，同时采取合理措施对噪声传播途径进行有效控制，从源头彻底消灭噪声，同时合理采取相应的防御措施，能够顺利实现减振降噪目标。

1 噪声源控制

1.1 合理选材

机械选材中，除了需要结合材料经济性、工艺性能、化学性能、物理性能和力学性能等因素进行考虑之外，为了进一步控制噪声，还需要对材料内阻尼性能进行科学分析，内阻尼性能代表某种材料于激振力作用下，内部分子对于能量吸收消耗以及构件振动的抑制能力，如图1所示。

图1 噪声源定位过程

在机械设计中，通常会采用铝、铁、铜等材料，其内阻尼系数相对较小，振动能量消耗少，而处于激振力作用下，构件表层辐射噪声较强。某些高分子材料以及减振合金则拥有较大内阻尼，于激振力影响下，合金内部摩擦引发振动滞后损耗效应，可以把振动能量顺利转化成热能，直接耗散，实现降噪目标。比如齿轮设计和选择中，如果转速相对较低，强度要求不高，可以考虑选择非金属材料对齿轮进行制造和生产，实现降噪目标[1]。

1.2 优化设备结构

结构噪音属于辐射源，不会直接在暴露于空气内，利用结构传播噪音。该种噪声通常出现在不同机械运转过程中。振动筛和齿轮箱等封闭式的壳体机械，相关结构振动辐射在整体噪音中的所占比例大概为90%到95%。而机械设计中，通过优化结构设计，能够实现降噪目的。比如旋转设备内相关振动筛，可以在其中设置减振器或调整轴承的滚动结构，控制噪声传播。轴间相对运动要求较低条件下，可以于筛体以及激振器之间额外设置减震器，科学设置减震器参数，确保机体于工作频率附近能够维持稳定振幅，确保振动机的正常运行，降低机体高频响应，提高降噪效果。而小型筛的降噪量能够达到6DB，大中型筛会拥有更大降噪量。相反情况下，假如轴间相对运动具有较高的精度要求条件下，可选择以下空心滚动体轴承，在避开共振区以及保障滚动体整体强度条件下，提高降噪效果。相关空心滚动轴承如图2所示。

图2 空心滚动轴承

2 噪声传播途径控制

2.1 吸声技术和隔声技术

结合吸声材料相关结构的粘滞性、导热性以及内部摩擦作用，可以把吸声材料内的吸入声波利用材料纤维振动和空气振动转化为热能，将其耗散和吸收，该种技术便是吸声技术。吸声技术在实际应用中最为关键的是吸声结构和吸声材料选择，结合相应的隔声材料以及结构隔离，阻挡声音传播。

通过应用隔声技术以及吸声技术，能够实现良好降噪效果。某种吸声隔声材料组成结构如图3所示：

图3 汽车前围隔声材料结构

结合机械设备相关噪声传播的控制分析，可以于厂房内部屋顶以及墙面等区域额外设置各种吸声材料。比如超细吸声棉，能够对厂房内部噪音实施吸声处理，有效减少机房内部混响声，控制机房外部辐射噪声。在钢球磨煤机相关降噪技术内，可以于筒体中额外设置多层复合耐热隔声套材料，通过隔声材料、吸声材料相关吸隔作用以及内耗衰减作用降低筒体噪声。此外，还可以在磨煤机外部设置隔声罩，把电机、齿轮箱和磨煤机本体等噪声源控制在封闭空间内，控制噪声辐射。设置固定隔声屏以及活动隔声屏，有效阻挡声源传播。

例如：铜冠冶化动力车间C15-3、43/0、785型抽汽凝汽式汽轮发电机组，对机房噪音源实施控制中所涉及的隔声和吸声材料。汽凝式汽轮机设置铝制吸声微孔板，低频阻尼层以及吸声棉，刚性连接避免声桥传声高效隔离汽轮机噪声。

针对操作控制室进行隔声控制可以利用隔声材料，其中门选择隔声门，而窗选择双层隔声窗，针对汽轮机相关设备散热，可以额外设置低噪音散热风机，针对设备通风散热还应该合理进行消声设计，全面密封发电机房通风口以及进出口位置，避免隔离噪声朝外部扩散，针对发电机房与外部连接的换气、排气通道中的气流实施消声处理，等待噪声衰减后，将其从室外顺利排出。

2.2 消声装置应用

噪声的相关消声处理可以进一步细分为被动消声和主动消声两种形式，被动消声的应用范围较广，至于主动消声则是一种新兴技术，通常会应用于各种高精尖设备当中，能够有效消除早期声波干扰以及抗噪声源，使声音直接消失。消声器属于一种常见消声设备，包括六种类型，分别是有源消声器、小孔消声器、微穿板孔消声器、复合式阻抗消声器、抗性消声器、阻性消声器。设置安装消声器是对空气动力噪声进行合理控制的有效措施，其能够保证气流顺利流通，同时还可以减弱并阻止声能的外部传播，其中需要注意，消声器只可以控制空气动力设备沿管道传播以及排气口进出噪声。在电磁噪声和设备结构噪声等方面不会产生太大效果。

消声器通常多用于排气口区域的空气噪声处理，而气流噪声为核心的噪声控制，都能够在排气口区域设置相应的消声设备，从而合理降低噪声。比如于空调系统内，通常会在冷冻机房、锅炉房、空调机房等设备机房内的风口位置安装消声器，进行消声处理，同时还会在冷却塔风口以及空调系统的风送回管道环节实施消声处理。在汽车消声装置方面通常会安装标准消声器，能够对噪声进行合理控制。在舰船中的柴油发动机中也经常可以看到应用消声器实施噪音控制。啮合齿轮对以及齿轮组因为彼此之间摩擦碰撞，导致齿轮体振动，形成辐射噪声。齿轮达到相应转速后，受迫振动频率和齿轮体、齿轮架以及齿轮箱体固定频率相符，形成共振，导致辐射噪声进一步增加。针对该种问题，在满足经济和生产要求基础上，应该应用人字或斜齿轮取代直齿轮，均匀传递力量，减小冲击荷载，降低共振，保证平稳运行，实现降噪目标。

2.3 隔振技术

振动才会形成噪声，但是在相关工程生产中不可避免会产生振动问题，所以隔振技术是消声降噪的有效方法之一。针对那些无法避免的振动问题，可以通过阻尼件和弹性元件来充当地基和振动源之间的防振物体，而削弱或隔绝振动方法也能够实现降噪目标。隔振主要可以分成被动隔振以及主动隔振两种方式。其中主动隔振主要是隔离振源及其基础支撑部分，被动隔振则是利用相应的防振物体，将振源和物体单独隔离开来。在工程实践中经常可以看到隔振操作，比如某轿车中的悬置隔振，涵盖被动与主动隔振。轿车运行中，启动发动机时，曲轴发出的脉冲扭矩会带动发动机的扭转振动，能够通过悬置隔离相关运动传递。悬置隔振把发动机相关扭转振动和车身隔离开来，是主动隔振[2]。

2.4 机械设备的振动筛在运转过程中产生的噪声

机械设备运转过程中，为了避免处于旋转状态的振动筛产生结构噪声，可以对轴承滚动体的结构进行调整，也可以采用安装减震器的方式消除结构噪声，如下图4所示。

图4 空心滚动体轴承

如果对轴承之间所产生的相对运动不高，就可以在轴承与振动筛之间或者激振器与振动筛之间安装减振器。对于减振器的选择，要求减振器的参数可以使机械设备运行的过程中保持振幅稳定，且振动机可以处于正常的运行状态。随着振动机的高频响应逐渐降低，噪音降低的效果就会更为显著，通常小型的振动筛降低噪音量都可以达到6Bb,而大型或者中型的振动筛降低噪音量会更大。如果对轴直接的相对运行精度具有很高的要求，为了在滚动体强度有所保证的情况下避免振动出现，就可以采用空心滚动体轴承，一方面可以有效地避免共振区域产生，另一方面还可以使得震动引起的噪音大大降低，由此而获得良好的降低噪音效果。