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旋转机械结构噪声及其控制机理的研究

李吉  
【摘要】: 旋转机械的发展有着悠久的历史,随着工业的发展,其种类和数量都不断增多。大量的旋转机械在运转时产生强烈的噪声,因而给人们的日常工作和生活带来许多烦恼。为了降低噪声,许多研究人员付出了艰辛的努力,经过几十年的研究和实践,总结出许多降低机械设备噪声的理论和成功的经验,取得了不少有益的研究成果,许多设备设计制造部门也开辟了噪声研究的新领域,研制出不少低噪声机械产品,促进该方向不断发展与完善。 结构噪声是旋转机械的主要噪声源之一,尤其是对于如齿轮箱这类具有封闭壳体的机械和如振动筛这类以振动为主要工作方式的机械,结构振动辐射声能占总声能的比例甚至可以达到90~95%,因此不解决结构噪声问题旋转机械噪声就不能得到有效的控制。这方面的研究虽然很多,但多数研究都是针对某一具体设备、某一部件或某一种方法而进行的,缺乏整体性、系统性和普遍性。根据这种情况,本文以旋转机械结构噪声为主要对象,比较系统地对结构声辐射的性质、声源识别方法、结构声的主要影响因素以及旋转机械结构噪声控制的普遍方法进行了研究,具体研究内容如下: (1)箱形结构声辐射性质的研究。以变速箱为对象,对实际激励条件下箱形结构的声辐射效率进行了试验研究,重点考察了这种结构在实际激励下的声辐射效率同已知的简单结构声辐射效率的异同以及激励的改变对辐射效率的影响。通过试验发现,总体上变速箱辐射效率随频率的变化规律同简单构件的辐射效率是一致的,但在250Hz以下的低频区域,变速箱的辐射效率大大高于任何一个经验公式的计算结果;通过换档试验发现,激励的改变对辐射效率的影响不很显著,工程计算可以不予考虑;对于变速箱这类三个方向尺寸差别不大的结构,其辐射性质具有平板和球源的双重特征,辐射效率介于平板和脉动球源之间,据此提出在工程应用时可以取平板和脉动球源辐射效率的平均作为此类结构辐射效率的观点。 (2)复杂声场中结构声源的层次识别。对复杂声场中结构声源的识别方法进行丁研究,提出了结构声源的层次识别方法,从实用的角度出发,重点对前两个层次的具体识别方法进行了研究。针对有无固定评价点两种情况提出了近场测量修正法、远近场综合模糊识别法,使声源识别的精度明显提高。根据表面速度法在工程应用中存在的问题提出了频带声压级差值法,该方法能快速准确地确定结构声在总噪声中的地位和结构的具体发声部位。 (3)旋转机械结构噪声控制机理的研究。在旋转机械结构噪声控制方面,根据旋转机械的基本特征,建立了旋转机械结构噪声分析的简化模型,基于该模型利用解析与数值计算相结合的方法对结构噪声的各种影响因素进行了分析,通过计算分析发现,转子与机体的连接刚度是机体结构声的最敏感参数,同时各参数对结构噪声的影响具有互补性。基于分析结果提出降低旋转机械结构噪声的普遍有效方法。最后通过模型试验验证了分析结果。 大连理工大学博士学位论文 摘要 (4)通过振动测量结构辐射噪声及其在产品质量评价中的应用。基于结 构表面振动速度与结构辐射声能的关系,针对以结构声为主的机械产品的现 场噪声评价问题,提出根据结构表面单点振动速度和工作振型来计算结构辐 射声能的方法,此法大大加快和简化了机械产品现场噪声检测的过程。通过 变速箱实验证明这种方法是可行的。 (5)结构噪声控制技术的应用——惯性振动筛噪声控制。根据本文对于 旋转机械结构噪声控制技术的研究结果和惯性振动筛工作的特殊要求,对有 关参数的选择进行了讨论,并通过试验为降低惯性振动筛噪声找到了两个新 的方法:即,在轴间相对运动要求不高的情况下,可以在激振器(或轴承) 与筛体之间安装一组减振器,通过适当选取减振器参数,既可以使机体在工 作频率附近获得稳定振幅,保证振动筛正常工作,又可以使机体的高频响应 减小,降噪效果显著;反之,如果轴间相对运动精度要求较高,可以采用空 心滚动体轴承,在保证滚动体强度的条件下也可以获得较好的降噪效果。尽 管这两种方法应用条件有所不同,但基于同一种基本原理。这两种方法虽然 只是在振动筛上进行了试验,同样也适用于满足相应条件的其它旋转机械。


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