减振降噪在机械设计中的应用

张宗彦

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摘要：机械设备的振动与噪声分贝一旦超出正常标准，会对机械本身运行造成影响，形成噪声污染。所以，在机械设计阶段需着重解决这一问题，机械设计是机械设备生产制造的指导性文件，决定着机械投入使用后的各项性能。通过在设计阶段应用减振降噪技术，将振动程度控制在合理的范围内，并在机械结构设计中使用阻尼材料，根据噪声源的类型进行机械结构设计的深化，并且在机械噪声的传播途径上，恰当使用隔声、消声、隔振等技术，达到机械结构设计减振降噪的目的，全面提高机械设计的环保性、经济性与实用性。

关键词：减振降噪；机械设计；应用分析

1在机械噪声源控制设计中的应用

1.1机械构造的优化设计

机械设备在运行过程中会产生结构噪声，该噪声在机械设备内部不是以空气为介质传播，而是通过机械的零件、构件传播至外部，比如机械设备内部封闭壳体结构，其内部的零件振动引发的结构噪声。该噪声占据机械总声能的九成以上，噪声的影响范围较大，需通过机械结构的深化设计，改善机械结构零部件之间的协调性、整体性等，以形成对该噪声的良好控制。

1.2精选材料

材料选择是机械设计的首要内容，出于机械减振降噪的考虑，在选择材料时需着重考虑其阻尼性能，还要考虑到材料的物理、化学性能，以及材料制造过程中选择使用的工艺等，综合分析评价材料的各项性能，以保证机械的高质量设计。从机械制造常用的几种金属材料来看，阻尼性能无法满足减振降噪的需求，像铜、铁、铝等，这些金属在激振力的作用下，振动能量消耗过少，从而产生较大的噪声。而阻尼材料或是高分子材料则表现出了良好的阻尼性能，当材料遭到激振影响时，材料组分阻碍振动，并将振动能量转化为热量，达到降低振动噪声的目的。基于此，在机械减振降噪设计中，针对噪声源选择使用阻尼材料或高分子材料，以此形成对振动噪声的有效控制。比如机械设备的运行环境粉尘过多，机械齿轮选用阻尼材料制造，减少噪声的同时，避免不良工作环境导致的齿轮腐蚀问题。

1.3机械内部齿轮优化设计

其一，在用户机械结构设计需求的范围内，尽量采用斜齿轮及人字齿轮设计，使机械运动更加平稳，齿轮结构力传递得更加均衡，降低激振力，起到降噪的效果。

其二，将齿轮的压力角控制在20°左右，但要保证齿轮可满足负载要求。

其三，齿隙的准确控制，齿侧的间隙过大与过小都会引起噪声，合适的间隙设计对于减振降噪非常重要。

其四，对于因齿轮在生产制造期间精度不够导致的噪声，可通过齿轮修齿进行弥补，保证齿轮之间的良好啮合，减少齿轮运行中的摩擦和撞击。

其五，加强齿轮质量的检验，设计阶段进行齿轮制造精度的严格把关，可有效避免机械投入使用后的噪声。

其六，齿轮设计阶段选用大黏度的润滑油，维持齿轮高质量的传递功率，保持齿轮之间的润滑，并起到缓冲撞击和摩擦的作用。

其七，在齿轮材料选用上，注重材料的阻尼性能，合理地运用该材料，可起到减振、隔振的作用。比如阻尼金属、黏弹性阻尼材料等，也可使用阻尼材料制作成阻尼层，直接粘贴在齿轮表面，达到减振降噪的目的。

2机械噪声传播通路设计应用

2.1吸声与隔声材料设计的应用

吸声材料使用吸声技术制作，噪声在经过吸声材料过程中，材料中的细小纤维发生振动，吸收噪声并转换为热能。隔声材料主要是阻挡噪声的传播，材料内部为隔声结构，具有很好的降噪效果。在机械噪声传播途径的控制设计方面，联合使用吸声与隔声材料，实现双重的降噪效果。

2.2消声装置设计的应用

噪声的消声方式主要有以下两种：一种是主动消声，主要应用在高精尖设备上；另一种是被动消声，该技术成熟度较高，在机械设计消声中应用较多。其中消声装置较为常见，该装置阻挡噪声效果好，同时不会对气体流动造成影响，但是应用较为局限，一般适用于机械管道噪声的消除，或者是安装在排气口位置进行消音，不能用于其他噪声的消除。消音器主体结构为进口管和出口管，主要用于机械设备的气流降噪。比如空调回风管道、锅炉的进出口、冷却塔的风口等，以及拥有柴油发动机设备的废气排放口等。在高精尖机械设备上，采用的是自适应被动共鸣板消声器，例如在核潜艇上的应用，虽然为被动消声，却可进行频率的调整，实现降噪的目标。

2.3隔振技术的应用

机械设备在运行过程中难免振动，由振动产生的噪声可使用隔振技术进行处理。在机械设计中，针对机械振动噪声源，可将其与地基连接，或者是将振动噪声源与接触构件之间使用隔振装置进行连接。一是使用弹性元件处理以减弱振动，达到降噪的目的；二是使用阻尼件进行连接，构建振动噪声隔离屏障。隔离振动分为以下两种，一种是主动隔振，将振动源与其支撑隔离；另一种是被动隔离，是在防振部位设置隔振系统，将振源隔离。隔振系统由弹簧与阻尼器构成，建立振源与被隔离对象之间的降噪屏障，以消除和降低噪声。隔振技术在机械设计中应用广泛，例如在轿车中联合应用主动与被动隔振技术，在启动轿车发动机后，发动机形成扭转振动，设置悬置隔振系统，将振动减弱后传递出去。在轿车行驶过程中，地面不平引起轿车振动，该振动导致发动机共振，影响到发动机的正常运行，使用该系统将发动机与车身进行隔离，消减这些振动力，实现主动隔振，避免振动噪声的同时，减少振动对发动机的损坏。此外，阻尼材料可用于隔振系统中，降低机械的共振幅度，使机械结构受到冲击后快速恢复原状，并且减少机械振动的噪声辐射，达到抑制共振、减少噪声的效果。

3结束语

综上述，机械设备在运行过程中会产生一定的噪声问题，有设备内部零部件运行形成的噪声，还有空气动力性噪声，需将机械运行的噪声控制在标准值的范围内，减少机械噪声污染问题，保护机械周边环境与人员的安全。因此，在机械设备设计阶段采用减振降噪措施，对噪声源及噪声传播途径加以控制，增强机械设计消声、隔声、吸声的作用，提前预防机械振动与空气动力噪声，形成对机械设备运行阶段的振动及噪声的良好控制，强化机械设计的减振降噪效果，保证机械设备投入使用后的安全可靠。

参考文献

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