
技術(shù)達(dá)人教你徹底解決機(jī)電設(shè)備振動(dòng)和噪聲
發(fā)布時(shí)間:2015-12-31 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】噪聲來(lái)源于振動(dòng),解決好了振動(dòng)問(wèn)題,噪聲問(wèn)題也會(huì)迎刃而解,所以本文表面是探討振動(dòng)和噪聲兩個(gè)問(wèn)題,其實(shí)是同一個(gè)問(wèn)題。
振動(dòng)的兩個(gè)基本指標(biāo)是振幅和頻率,解決振動(dòng)問(wèn)題,就圍繞著這兩個(gè)概念展開(kāi),要么降低振幅,要么調(diào)整振動(dòng)頻率點(diǎn)。
頻率可分為固有頻率Wn和激勵(lì)頻率W,固有頻率源于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征,由質(zhì)量、質(zhì)量分布、質(zhì)心位置、剛度等多個(gè)因素和多個(gè)因素間的相互作用所確定。固有頻率計(jì)算公式為(公式1)k是物體的剛度,m是物體的質(zhì)量。激勵(lì)源的頻率點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)固有頻率Wn。當(dāng)Wn=W的時(shí)候,就發(fā)生了諧振,諧振時(shí)候的振幅最大。
當(dāng)頻率比(公式2),即進(jìn)入隔振區(qū),使振動(dòng)傳遞系數(shù)小于1,才有減振和隔振效果。在機(jī)械質(zhì)量m已確定的情況下,降低其可降低固有頻率。

若Wn<,既增大衰減率,又遠(yuǎn)離“共振區(qū)”。例如,當(dāng)阻尼比<0.1,頻率比為3.6時(shí),就可衰減90%的振幅。
有了以上的理論基礎(chǔ),下面是幾個(gè)基于上面理論的解決辦法。
1從振動(dòng)發(fā)生源上處理
從振動(dòng)源上處理:既然是激勵(lì)頻率落進(jìn)了1.414Wn的范圍內(nèi),那就想辦法使激勵(lì)頻率提高,常見(jiàn)辦法有:
如果是步進(jìn)電機(jī),就對(duì)步數(shù)細(xì)分,通過(guò)細(xì)分改驅(qū)動(dòng)脈沖的步進(jìn)頻率加倍使步與步之間的差距縮?。?/div>
如果有減速器、傳送帶、傳送齒輪,就通過(guò)改變主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的半徑比值,改變傳動(dòng)比,這樣被驅(qū)動(dòng)的終端要想保持原來(lái)的速度,主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速勢(shì)必要加快,轉(zhuǎn)速和激勵(lì)頻率成正比例,激勵(lì)頻率提高,后面的震動(dòng)感應(yīng)固有頻率未變,兩個(gè)頻率錯(cuò)開(kāi),震動(dòng)自然減弱;
2從振動(dòng)傳遞路徑上處理
如果振動(dòng)源是不可避免的,那就在傳遞路徑上加隔振措施處理,從原理上看,剛性越強(qiáng)解決辦法如下:
傳動(dòng)軸用彈性聯(lián)軸器,這樣避免了軸和軸不同心的轉(zhuǎn)動(dòng)下,力矩傳遞不受損失,且軸和軸不對(duì)心而帶來(lái)的相互周期性剛性位移也可改觀,這種周期性相對(duì)位移是震動(dòng)和噪聲的根源;
傳動(dòng)之間用皮帶輪柔性連接,振動(dòng)源與支撐件基座間加緩沖減震材料或裝置;
彈簧懸掛振動(dòng)源,對(duì)緩沖減震很有作用,但會(huì)有三個(gè)問(wèn)題需要克服,一是啟停時(shí)機(jī)器會(huì)抖動(dòng),二是不能傳遞力矩,因?yàn)閺椈杀旧硎遣荒軅鬟f扭矩的,三是運(yùn)輸時(shí)要考慮固定,裝機(jī)后還要拆去,比較麻煩;
設(shè)計(jì)導(dǎo)振措施,把振動(dòng)導(dǎo)走,振動(dòng)仍在,但離我們較遠(yuǎn)了。常見(jiàn)的是大發(fā)電機(jī),在固定在地面的時(shí)候,在基座四周挖溝,孤零零的形成一個(gè)溝里的地樁,振動(dòng)從地下傳出去,到了樓房的時(shí)候,再通過(guò)樓房地基往上返,會(huì)把振動(dòng)減弱好多。
3對(duì)振動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)的處理
振動(dòng)源解決不了,傳播路徑解決不了,或者解決成本太高,可以在受震動(dòng)點(diǎn)改進(jìn),雖然這個(gè)辦法不是首選,具體的方法如下:
在滿足強(qiáng)度要求的情況下,選用低剛度材料制作構(gòu)件(特別是制作支承件)是一種減振的有效途徑。Wn降低,遠(yuǎn)離了激勵(lì)源頻率W;對(duì)自行式機(jī)械,將剛性懸掛改為彈性懸掛;對(duì)固定設(shè)備,將彈性件、阻尼件和質(zhì)量件構(gòu)成串和并聯(lián)、先串后并或先并后串等多種形式組合系統(tǒng)的彈性支承裝置,都能按照我們的預(yù)定要求,使系統(tǒng)的等效剛度低于原有的剛度,從而達(dá)到減振的目的。
加重固定基座的質(zhì)量,降低固有頻率點(diǎn);
注意單純依靠降低剛度、降低固有頻率來(lái)提高減振性能有時(shí)并不可取。一是隨著剛度的降低,系統(tǒng)設(shè)備的靜態(tài)位移也會(huì)增加,會(huì)使空間布置、彈性尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。二是對(duì)于不同工作要求的設(shè)備,通常有一個(gè)最低剛度的限制值,尤其是有力矩傳遞、力傳遞的時(shí)候,單純降低剛度也不是辦法。
另外可以實(shí)施結(jié)構(gòu)的合理布局,分析預(yù)計(jì)到產(chǎn)品使用中將處于既有豎向振動(dòng),又有俯仰角振動(dòng)等耦合振型時(shí),注意結(jié)構(gòu)的合理性,質(zhì)量對(duì)稱分布的可能性,并確定出振幅為零點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的“節(jié)點(diǎn)”,以便對(duì)振動(dòng)敏感的機(jī)械儀表、儀器或駕乘操作者坐椅能設(shè)置在“節(jié)點(diǎn)”或其附近。
4共鳴空腔的處理
有時(shí)候會(huì)遇到一種情況,把機(jī)器裝起來(lái),噪聲很大,但振動(dòng)幅度也不是很大,把機(jī)器拆開(kāi),噪聲明顯減小,這個(gè)現(xiàn)象是共鳴,共鳴的產(chǎn)生是類(lèi)似音箱效果的共振,處理的辦法是把空腔破壞掉,空腔內(nèi)的傳播介質(zhì)是空氣,在空腔中波動(dòng),空氣波激勵(lì)機(jī)殼產(chǎn)生輕微振動(dòng),尤其是對(duì)開(kāi)模具的注塑殼,殼內(nèi)有電機(jī)等傳動(dòng)裝置時(shí),容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。
針對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理,實(shí)施反向工程設(shè)計(jì),破壞其空腔和空氣震動(dòng)傳播的路徑,破壞殼體薄壁的震動(dòng),解決的辦法是在機(jī)箱中加空氣隔板或海綿,擋住空氣的震動(dòng)傳播;另外是在殼體上加筋,使殼體的剛性增強(qiáng),這樣即使有震動(dòng)空氣傳到壁上,也不會(huì)產(chǎn)生殼體的微小變形產(chǎn)生震動(dòng)進(jìn)而成為共鳴。
5注意的問(wèn)題
通過(guò)調(diào)整頻率點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)減震時(shí),機(jī)器啟停的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)瞬間加速或減速,這樣激勵(lì)頻率會(huì)經(jīng)過(guò)固有頻率點(diǎn),例如步進(jìn)電機(jī)支撐機(jī)構(gòu)固有頻率10Hz,步進(jìn)電機(jī)的頻率100Hz,正常工作狀態(tài)下,100Hz的激勵(lì)頻率肯定不會(huì)引起共振,但啟動(dòng)時(shí),得經(jīng)歷0Hz—10Hz—100Hz這樣的過(guò)程,停機(jī)時(shí)得經(jīng)歷100Hz—10Hz—0Hz的過(guò)程,所以會(huì)出現(xiàn)啟停過(guò)程的震動(dòng),如果機(jī)器設(shè)計(jì)要求較高,不能不考慮這個(gè)影響。
振動(dòng)規(guī)律表明,具有多種振動(dòng),多種振型,并且總是以最低的固有頻率所對(duì)應(yīng)的振型為主。在既有豎向振動(dòng)又有俯仰振動(dòng)的耦合振型時(shí),為避免產(chǎn)生劇烈的俯仰振動(dòng)(因人和設(shè)備對(duì)俯仰振動(dòng)耐受力更低,破壞性更大),在激勵(lì)頻率W、俯仰角振動(dòng)固有頻率Wn1.和豎向振動(dòng)固有頻率Wn2之間,使W>Wn1>Wn2成立,實(shí)踐證明有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。
設(shè)備的彈性支承能實(shí)現(xiàn)震動(dòng)隔離,但布置不當(dāng),則易引起耦合振動(dòng)。當(dāng)彈性支承對(duì)稱布置于設(shè)備的四個(gè)角處,當(dāng)質(zhì)心處于受到豎向干擾力作用時(shí),設(shè)備只作豎向方向振動(dòng),并不會(huì)引進(jìn)其他型式的振動(dòng),當(dāng)干擾力大小位置不變,彈性支承各頂點(diǎn)與質(zhì)心幾乎在同一平面,但是由四個(gè)彈性支承沿縱向布置不對(duì)稱時(shí),設(shè)備會(huì)伴隨豎向作上、下振動(dòng)的同時(shí),還作沿質(zhì)心橫軸的俯仰振動(dòng)。這種多個(gè)方向同時(shí)發(fā)生的振動(dòng)稱為耦合振動(dòng)。如果在沿橫軸方向的支承布置也不對(duì)稱,那么就會(huì)引起共振型同時(shí)出現(xiàn)的耦合振動(dòng)。多一種振型,就多一個(gè)固有頻率,也就多了一次引起共振的機(jī)會(huì)。這對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不利,也使彈性支承裝置的設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)很多的困難。
激勵(lì)頻率的產(chǎn)生一是來(lái)自自身,一是來(lái)自外界。自身的激勵(lì)頻率在多數(shù)工況下,要么是工作任務(wù)要求所確定的(如在某一確定的轉(zhuǎn)速下工作),要么是隨機(jī)的無(wú)法控制的(如自行式設(shè)備由地面不平引起的激振)。由于旋轉(zhuǎn)的不平衡會(huì)使旋轉(zhuǎn)機(jī)械形成故障,例如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子,煙氣粉塵粘在葉片上引起風(fēng)機(jī)的不平衡運(yùn)轉(zhuǎn),在工藝上過(guò)濾粉塵、烘干等措施都可以削減振動(dòng)。
以上是震動(dòng)和噪聲的常見(jiàn)問(wèn)題和解決思路,再有高深的我也搞不懂了,就得找振動(dòng)測(cè)試儀實(shí)地測(cè)一下,確認(rèn)頻率和振幅,順藤摸瓜,逐步往外延伸測(cè)量,跟蹤到振動(dòng)源,然后再分析找到在哪個(gè)環(huán)節(jié)解決問(wèn)題的簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的辦法。
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