机械设计中减振降噪的应用分析

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摘要：机械设备是我国工业生产中的重要组成部分，随着国家对生产环境的规范标准不断提升，对机械设备在使用过程中产生的噪声有了更高的要求。振动和噪声不仅会影响到操作人员的身体健康，同时也不利于机械设备的维护保养。长期处于振动状态下，会降低机械设备的使用寿命，提高维护费用，降低生产效率。所以在机械设计过程中，应该充分考虑减震降噪，降低机械设备使用过程中的振动和噪声，为生产提供一个良好的环境，同时提高生产效率。
关键词：机械设计；振动；噪声；控制
机械设备在使用的过程中，由于使用材料或者结构设计不合理的原因，会因为振动而产生一定的噪声，对生产环境及周边地区造成了严重的影响，同时还对机械设备自身产生一定的损耗。噪声作为三大污染之一，应该在机械设备设计阶段进行优化，减少机械设备在使用过程中的振动，降低噪声的产生。为了提高机械设备设计水平，首先应该对机械使用过程中产生噪音的原因进行分析，进而提出有效的改进措施。现阶段，根据机械设备产生噪声的因素，在机械设计阶段所能够采取的减震降噪措施主要有改善机械设备使用的材料，优化机械设备内部结构设计，采用吸声、隔声、消声等措施降低噪音的分贝。在实际应用过程中，应该根据机械设备的性能和应用环境等条件采取相应的减振降噪措施，最大限度的降低机械设备的噪音。
1、噪音来源分析
机械设备在使用过程中，会产生不同程度的噪音，根据机械产生噪音的原理，可以将噪音源分为空气动力性噪音和机械性噪音。空气动力性噪音主要是机械设备在运行过程中，由于高速喷射或者旋转等原因与不稳定气流或者高速气流相互作用而产生的噪音。另一种机械性噪音主要是因为机械设备在运行过程中，内部组件之间产生的摩擦、碰撞、振动以及旋转而产生的噪音，比如轴承、齿轮、金属板等就会产生机械性噪音。在对噪音来源进行分析后，就可以有针对性的采取相应的设计措施，减少振动，降低噪音。
2 机械设计中对噪声源的减振降噪措施
2.1 选择噪声较小的机械设备材料
机械设备在设计过程中所选择的材料对减振降噪有直接的影响，机械设备产生噪音不仅与内部结构有关，所使用的材料也是关键因素。不同性能的机械设备材料，其内阻尼各不相同，所以在减振降噪方面的作用有很大的差异。内阻尼是机械材料的性能之一，在机械材料受到激振力的情况下，机械材料的内部分子会吸收或者消耗一定的机械振动能量。内阻尼性能越大的机械材料，其吸收和消耗振动能量的能力将越强，比如合金和高分子材料在降噪方面可以达到较好的效果。内阻尼越小的机械材料，其吸收和消耗振动能量的能力就会相应降低，比如铜、铝、铁等材料，所以机械设备的振动噪音就会越大。在机械设备实际设计过程中，因为内阻尼较小的铜、铁、铝等金属材料的实用性高，价格低廉，采购方便等原因而被广泛应用，所以在受到激振力的作用下，就会发出较大的噪音，还需要采取其他的措施来达到减震降噪的目的。在机械设计过程中，不仅要注重对材料在力学性能、化学物理性能以及工艺性能等方面的考虑，还要结合生产的实际需求、转速要求以及强度等因素，选择适宜的机械材料，当然内阻尼性能较强的高分子及合金材料是最佳选择，可有效消耗振动能量，并且还可减弱振动的传播，进一步达到减震降噪的效果。
2.2优化机械设备的内部结构
振动是机械设备运行的必备条件，而振动又是噪声产生的必备条件，所以在机械设计中，对振动源采取隔振技术是有效降低噪音的技术手段。可以利用主动隔振技术以及被动隔振技术，将机械振动的阻尼件与弹性元件连接起来，利用内阻尼较强的隔振材料或者相应的防振技术降低机械的振动幅度和振动频率，从噪音的振动源上防止噪音产生。隔振系统的构成要素主要是弹簧和阻尼器，其隔振原理就是弹簧和阻尼器在振动进入隔振系统之后发挥各自的隔离作用，起到隔离振动的效果。从源头上控制噪音，主要是振动筛噪音和齿轮噪音。对于振动筛噪音，可以对机械安装减振器或者改变内部轴承的滚动体结构。针对齿轮组之间摩擦碰撞导致齿轮振动形成噪音，可以通过改变齿轮用人字齿轮或者斜齿轮来改变以前的直齿轮，让齿轮的力传递更加均衡减少负荷。
3 噪声传播过程中的减振降噪设计
机械设备在设计阶段，由于受到技术、资金、使用需求等各种因素的限制，在运行过程中还是会产生一定的噪音，在噪音源上无法有效控制。此时，就需要在噪音的传播方面采取措施，利用吸声、隔声、消声等方式，来减弱噪音在传播过程中的振动，降低噪音的分贝。
3.1 吸声技术
吸声技术可分为两部分设计，一方面是在机械设备设计阶段，可以在部分组件中使用吸声性能较好的材料，吸声材料一般都具有较强的粘滞性和导热性，在机械设备产生噪声进行传播的过程中，声音会进入到材料的缝隙中，吸声材料中的纤维会与声波产生振动引发热能，可快速消耗振动产生的噪声，有效降低噪声的传播。另一方面还可在机械设备应用的环境中采取吸声技术，如果机械设备的应用环境为封闭空间，可在建筑内部的墙壁以及屋顶贴吸声材料，可进一步降低噪声向外界的传播。
3.2 隔声技术
隔声技术就是利用隔声材料将机械设备产生的噪音隔挡回去，以此达到降噪的目的。在实际设计过程中，经常会将隔声技术与吸声技术相结合使用，效果更佳。隔声设备主要有隔声套和隔声屏等，隔声套可安装在设备的筒体部分，将齿轮箱和电机等设备产生的噪声隔离起来。隔声屏可根据实际需求采用固定式或者移动式，以最大限度隔离噪声为目的。
3.3 消声技术
消声技术属于被动消声，是在产生噪声后降低噪声的技术，目前主要消声技术是使用消声器，如抗性消声器、阻抗复合式消声器、小孔消声器等。消声装置主要应用于对空气动力性噪声的控制，虽然无法将声能注入系统中，但是可通过调整在有功率来源下的噪声频率，以此来消减噪声。因为消声器主要是降低沿管道传播的噪声，所以对于结构噪声以及电磁噪声无法达到消减的目的。消声器一般会安装在进排气口，降低机械设备由于高速喷射或者旋转与不稳定气流或者高速气流相互作用而产生的噪音。目前消声器应用范围比较广泛，但是消声器的科技含量较高，所以制造成本较高，但是对于空气动力性噪音的消声效果较好，在尖端武器、潜艇中都有所应用。随着科学技术的发展，消声坑、消声百叶窗等消声设备也不断的出现，由于不同的消声装置在使用环境、安装施工难度以及成本等方面存在一定的差异性，所以在使用时应该根据实际情况来选择。
4 结论
减振降噪已经成为我国机械设计的重要原则，也是提高机械设备生产效率，改善生产环境的重要举措。减振降噪技术的应用，应该结合多方面因素而定。首先从机械材料的选用、机械内部结构优化设计方面入手，然后再从噪声的传播方面降低噪声，采取合理的减振降噪技术，以达到最佳的降噪效果。随着我国科学技术的快速发展，在机械设计减振降噪过程中，应该善于利用新材料、新工艺、新技术，不断提升设计理念，改善设计工艺，为机械运行的绿色化发展创造有利的条件。
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