動力機械減振設計性能預測及評估

摘 要：減震技術在動力機械中的應用能夠減少機械的磨損，增加機械的使用壽命。由于科學技術的不斷進步，隔振技術也出現了很大的發展，原有的單層隔振技術已經提高為雙層隔振，甚至出現了浮筏隔振技術。本文研發可以進行隔振、吸振計算的軟件，目的是準確預測船舶動力機械的減振設計是否合理，是否能產生良好的減振效果。

關鍵詞：動力機械；減震設計；性能預測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.034

有害的震動不僅影響機械的性能，而且減少機械的使用壽命，對于動力機械減震設計性能進行預測和評估，利于有針對性的減少動力機械的有害震動，提高其使用壽命。

1 動力機械減震措施

根據生活經驗，生活中充滿了各種有害振動。為了減少有害振動的危害，人們深入研究了不同工程領域的有害振動，并提出了控制有害振動的多種措施。減小有害振動，即采用一定的技術手段，使振動物的振動水平保持在合理范圍之內。振動控制工程中時常會用到吸振、阻振和隔振三種措施。

隔振技術在實際中應用最廣。隔振，顧名思義，就是將一定的彈性物設置在物體與支承面中間，從而將振動隔離。從振源角度對隔振的類型進行劃分，它包括兩種類型：一是使發生在物體身上的激振力不向支承面傳導，振源為機器，這種隔振方式被稱之為積極隔振；二是通過一定的手段使支承面的振動不向被支承物體的方向傳動，振源為支承面，這種隔振方式被稱之為消極隔振。

2 動隔離的基本原理

目前，各種類型的彈性安裝支承已經廣泛應用于現在船舶建造中的柴油機裝置，且取得了良好的隔振效果，將噪聲控制在合理范圍之內。

在多種振動隔離方式中，單層隔振系統最簡單，從理論角度來分析，當外干擾力頻率比隔振系統本身所具有的頻率高出2倍時，隔振效果就會很明顯。頻率值與隔振效果之間呈正相關性，頻率越高，隔振效果越明顯。但從實際隔振效果來看，由于隔振器的頻段高，隔振器內部會出現駐波，形成駐波效應。在高頻振動的作用下，支承物邊緣產生振動，且隨著振動頻率的提高，隔振器剛度也會隨之增加。當單層隔振處于高頻段時，它的衰減值就會大幅減小，我們再從理論角度分析雙層隔振系統，雙層隔振系統的傳遞頻率為-24dB每倍頻程，比單層振動的12dB每倍頻程降低了一倍，因此機組傳向船體的振動會大幅減少。正是因為雙層隔振系統能有效隔離振動，消除噪聲，目前已經被廣泛應用于船舶動力裝置中。如今，在單個機組的雙層隔振裝置基礎上，研發人員又研發了只有一個中間基座的多臺機組雙層隔振系統，這種裝置被人們稱之為“浮筏”。

由于人們一般只能了解到隔振系統的局部坐標中的剛度矩陣、質量矩陣和阻尼矩陣，人們計算坐標共同點時的計算過程相當繁瑣，因此人們將歐拉角的坐標轉換法用于共同坐標點的計算過程，在轉換矩陣中結合力、力矩角位移來進行，轉化局部坐標下的參量為選定坐標參量。

3 隔振效果評估指標

隔振系統通過減少振動達到消除噪聲的目的。在實際工程裝置中的隔振設計中，人們通常會對控制振動對象的振動減少量表現得很關注。人們通常會針對隔振效率來優化設計隔振系統的結構參數，因此效果評估體系中最關鍵、最核心的內容是確定評估效果指標。一整套效果評估體系的內容最少需要包含兩種：一是從理論的角度對隔振系統展開分析，預測隔振效果；二是實際測定隔振系統的隔振效果。

當某一結構下的振動通過隔振器或隔振材料向另一結構傳遞時，振動速度、振動的力以及位移都會發生變動，我們可以用傳遞系數來表達這種振動。人們一般通過傳遞系數來描述隔振效果，隔振系數為經隔振器傳遞的穩定的力值與激振力值之比，即力的傳遞率；也可以是經隔振器傳遞的位移量和激勵幅值之比，即位移傳遞率。當前，人們經常使用如下幾種隔振效果評估指標描述隔振效果。（1）力傳遞率。作為隔振效果評估指標的力傳遞率，出現和使用時間最早，它是經隔振器傳遞的穩定的力值與激振力值之比；（2）插入損失。剛性安裝時基礎響應與彈性安裝時基礎響應之間的比值，插入損失包括速度插入損失、位移插入損失，還包括加速度插入損失；（3）振級落差。彈性安裝下的隔振器上振動響應與下振動響應之間的比值。

4 動被動控制通用計算軟件開發

計算人員在計算隔振系統振動時，經常會依據結構編制下的具體結構的計算程序來計算，有時候也會在計算過程中采用商業軟件進行。依據具體結構的計算程序來計算的工作量相對較少，可是不同的結構要配備不同的程序，因此這種方法會導致浪費資源的現象。如果采用商業軟件來計算，計算結果準確度高，可是這要求工程人員必須熟練掌握軟件操作。為了避免出現以上問題，既要操作簡單，又要準確計算出任何系統的振動特性，需要開發出一款通用的計算軟件。

4.1 軟件開發平臺

利用MATLAB開發核心程序，程序界面采用vc++來進行，二者的有效結合能實現變成效率的提升。研發人員可以將COM組件運用于兩種語言的混合編程。在組件對象模型中，發布對象為組件。該模型下的工作標準可以共享二進制代碼，只要程序符合相關標準，便具備了訪問的資格。因此，COM組件可以十分便捷地應用于兩種語言的協作開發。

4.2 軟件界面的設計特點

由于計算隔振系統隔振吸振過程會有大量數據的輸出與輸入，以及圖像的生成等，因此界面編寫時應體現以下幾點：（1）操作界面要簡潔、易操作，同時還要友好。操作界面包括對話框、菜單欄、輸入數據區，包括工具欄、查看數據區，還包括圖形顯示區與數據保存區；（2）有效解決數據輸入問題，具備數據導入功能，同時還能實現數據的管理；（3）有效解決隔振、吸振過程中的各種數據計算問題；（4）具有文檔功能，所有的輸入數據與輸出數據都可以完好保存下來。

5 結語

動力機械減震設計有利于減少有害震動，增加機械的使用壽命，提高機械使用的安全性。對其進行預測和評估，有利于對整體機械的安全性進行掌握，進而有針對性的采取措施，減少有害震動。

參考文獻：

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作者簡介：姜帆（1994-），男，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。