淺析減振降噪在機械設計中的作用

趙先峰

（銅陵有色工程技術分公司，安徽 銅陵 244000）

機械設計中，應該對減振降噪相關技術進行深入研究，合理控制噪聲源頭，同時采取合理措施對噪聲傳播途徑進行有效控制，從源頭徹底消滅噪聲，同時合理采取相應的防御措施，能夠順利實現減振降噪目標。

1 噪聲源控制

1.1 合理選材

機械選材中，除了需要結合材料經濟性、工藝性能、化學性能、物理性能和力學性能等因素進行考慮之外，為了進一步控制噪聲，還需要對材料內阻尼性能進行科學分析，內阻尼性能代表某種材料于激振力作用下，內部分子對于能量吸收消耗以及構件振動的抑制能力，如圖1所示。

圖1 噪聲源定位過程

在機械設計中，通常會采用鋁、鐵、銅等材料，其內阻尼系數相對較小，振動能量消耗少，而處于激振力作用下，構件表層輻射噪聲較強。某些高分子材料以及減振合金則擁有較大內阻尼，于激振力影響下，合金內部摩擦引發振動滯后損耗效應，可以把振動能量順利轉化成熱能，直接耗散，實現降噪目標。比如齒輪設計和選擇中，如果轉速相對較低，強度要求不高，可以考慮選擇非金屬材料對齒輪進行制造和生產，實現降噪目標[1]。

1.2 優化設備結構

結構噪音屬于輻射源，不會直接在暴露于空氣內，利用結構傳播噪音。該種噪聲通常出現在不同機械運轉過程中。振動篩和齒輪箱等封閉式的殼體機械，相關結構振動輻射在整體噪音中的所占比例大概為90%到95%。而機械設計中，通過優化結構設計，能夠實現降噪目的。比如旋轉設備內相關振動篩，可以在其中設置減振器或調整軸承的滾動結構，控制噪聲傳播。軸間相對運動要求較低條件下，可以于篩體以及激振器之間額外設置減震器，科學設置減震器參數，確保機體于工作頻率附近能夠維持穩定振幅，確保振動機的正常運行，降低機體高頻響應，提高降噪效果。而小型篩的降噪量能夠達到6DB，大中型篩會擁有更大降噪量。相反情況下，假如軸間相對運動具有較高的精度要求條件下，可選擇以下空心滾動體軸承，在避開共振區以及保障滾動體整體強度條件下，提高降噪效果。相關空心滾動軸承如圖2所示。

圖2 空心滾動軸承

2 噪聲傳播途徑控制

2.1 吸聲技術和隔聲技術

結合吸聲材料相關結構的粘滯性、導熱性以及內部摩擦作用，可以把吸聲材料內的吸入聲波利用材料纖維振動和空氣振動轉化為熱能，將其耗散和吸收，該種技術便是吸聲技術。吸聲技術在實際應用中最為關鍵的是吸聲結構和吸聲材料選擇，結合相應的隔聲材料以及結構隔離，阻擋聲音傳播。

通過應用隔聲技術以及吸聲技術，能夠實現良好降噪效果。某種吸聲隔聲材料組成結構如圖3所示：

圖3 汽車前圍隔聲材料結構

結合機械設備相關噪聲傳播的控制分析，可以于廠房內部屋頂以及墻面等區域額外設置各種吸聲材料。比如超細吸聲棉，能夠對廠房內部噪音實施吸聲處理，有效減少機房內部混響聲，控制機房外部輻射噪聲。在鋼球磨煤機相關降噪技術內，可以于筒體中額外設置多層復合耐熱隔聲套材料，通過隔聲材料、吸聲材料相關吸隔作用以及內耗衰減作用降低筒體噪聲。此外，還可以在磨煤機外部設置隔聲罩，把電機、齒輪箱和磨煤機本體等噪聲源控制在封閉空間內，控制噪聲輻射。設置固定隔聲屏以及活動隔聲屏，有效阻擋聲源傳播。

例如：銅冠冶化動力車間C15-3、43/0、785型抽汽凝汽式汽輪發電機組，對機房噪音源實施控制中所涉及的隔聲和吸聲材料。汽凝式汽輪機設置鋁制吸聲微孔板，低頻阻尼層以及吸聲棉，剛性連接避免聲橋傳聲高效隔離汽輪機噪聲。

針對操作控制室進行隔聲控制可以利用隔聲材料，其中門選擇隔聲門，而窗選擇雙層隔聲窗，針對汽輪機相關設備散熱，可以額外設置低噪音散熱風機，針對設備通風散熱還應該合理進行消聲設計，全面密封發電機房通風口以及進出口位置，避免隔離噪聲朝外部擴散，針對發電機房與外部連接的換氣、排氣通道中的氣流實施消聲處理，等待噪聲衰減后，將其從室外順利排出。

2.2 消聲裝置應用

噪聲的相關消聲處理可以進一步細分為被動消聲和主動消聲兩種形式，被動消聲的應用范圍較廣，至于主動消聲則是一種新興技術，通常會應用于各種高精尖設備當中，能夠有效消除早期聲波干擾以及抗噪聲源，使聲音直接消失。消聲器屬于一種常見消聲設備，包括六種類型，分別是有源消聲器、小孔消聲器、微穿板孔消聲器、復合式阻抗消聲器、抗性消聲器、阻性消聲器。設置安裝消聲器是對空氣動力噪聲進行合理控制的有效措施，其能夠保證氣流順利流通，同時還可以減弱并阻止聲能的外部傳播，其中需要注意，消聲器只可以控制空氣動力設備沿管道傳播以及排氣口進出噪聲。在電磁噪聲和設備結構噪聲等方面不會產生太大效果。

消聲器通常多用于排氣口區域的空氣噪聲處理，而氣流噪聲為核心的噪聲控制，都能夠在排氣口區域設置相應的消聲設備，從而合理降低噪聲。比如于空調系統內，通常會在冷凍機房、鍋爐房、空調機房等設備機房內的風口位置安裝消聲器，進行消聲處理，同時還會在冷卻塔風口以及空調系統的風送回管道環節實施消聲處理。在汽車消聲裝置方面通常會安裝標準消聲器，能夠對噪聲進行合理控制。在艦船中的柴油發動機中也經常可以看到應用消聲器實施噪音控制。嚙合齒輪對以及齒輪組因為彼此之間摩擦碰撞，導致齒輪體振動，形成輻射噪聲。齒輪達到相應轉速后，受迫振動頻率和齒輪體、齒輪架以及齒輪箱體固定頻率相符，形成共振，導致輻射噪聲進一步增加。針對該種問題，在滿足經濟和生產要求基礎上，應該應用人字或斜齒輪取代直齒輪，均勻傳遞力量，減小沖擊荷載，降低共振，保證平穩運行，實現降噪目標。

2.3 隔振技術

振動才會形成噪聲，但是在相關工程生產中不可避免會產生振動問題，所以隔振技術是消聲降噪的有效方法之一。針對那些無法避免的振動問題，可以通過阻尼件和彈性元件來充當地基和振動源之間的防振物體，而削弱或隔絕振動方法也能夠實現降噪目標。隔振主要可以分成被動隔振以及主動隔振兩種方式。其中主動隔振主要是隔離振源及其基礎支撐部分，被動隔振則是利用相應的防振物體，將振源和物體單獨隔離開來。在工程實踐中經常可以看到隔振操作，比如某轎車中的懸置隔振，涵蓋被動與主動隔振。轎車運行中，啟動發動機時，曲軸發出的脈沖扭矩會帶動發動機的扭轉振動，能夠通過懸置隔離相關運動傳遞。懸置隔振把發動機相關扭轉振動和車身隔離開來，是主動隔振[2]。

2.4 機械設備的振動篩在運轉過程中產生的噪聲

機械設備運轉過程中，為了避免處于旋轉狀態的振動篩產生結構噪聲，可以對軸承滾動體的結構進行調整，也可以采用安裝減震器的方式消除結構噪聲，如下圖4所示。

圖4 空心滾動體軸承

如果對軸承之間所產生的相對運動不高，就可以在軸承與振動篩之間或者激振器與振動篩之間安裝減振器。對于減振器的選擇，要求減振器的參數可以使機械設備運行的過程中保持振幅穩定，且振動機可以處于正常的運行狀態。隨著振動機的高頻響應逐漸降低，噪音降低的效果就會更為顯著，通常小型的振動篩降低噪音量都可以達到6Bb,而大型或者中型的振動篩降低噪音量會更大。如果對軸直接的相對運行精度具有很高的要求，為了在滾動體強度有所保證的情況下避免振動出現，就可以采用空心滾動體軸承，一方面可以有效地避免共振區域產生，另一方面還可以使得震動引起的噪音大大降低，由此而獲得良好的降低噪音效果。

3 結語

綜上所述，機械設備實際操作運行中，噪音和振動等問題都會對機械設備運行質量產生直接影響，想要實現減振降噪目標，需要關注機械設計中的不同層面，采取有效的改進技術，合理控制噪聲源和噪聲傳播途徑，順利實現減振降噪目標。