機電設備振動和噪聲的成因和解決方法
機電設備振動和噪聲的成因和解決方法
噪聲來源於振動,解決好了振動問題,噪聲問題也會迎刃而解,所以本文表麵是探討振動和噪聲兩個問題,其實是同一個問題。
振動的兩個基本指標是振幅和頻率,解決振動問題,就圍繞著這兩個概念展開,要麼降低振幅,要麼調整振動頻率點。
頻率可分為固有頻率Wn和激勵頻率W,固有頻率源於產品的結構特征,由質量、質量分布、質心位置、剛度等多個因素和多個因素間的相互作用所確定。固有頻率計算公式為(公式1)k是物體的剛度,m是物體的質量。激勵源的頻率點應避開固有頻率Wn。當Wn=W的時候,就發生了諧振,諧振時候的振幅最大。
當頻率比(公式2),即進入隔振區,使振動傳遞係數小於1,才有減振和隔振效果。在機械質量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,又遠離“共振區”。例如,當阻尼比<0.1,頻率比為3.6時,就可衰減90%的振幅。
有了以上的理論基礎,下麵是幾個基於上麵理論的解決辦法。
1從振動發生源上處理
從振動源上處理:既然是激勵頻率落進了1.414Wn的範圍內,那就想辦法使激勵頻率提高,常見辦法有:
如果是步進電機,就對步數細分,通過細分改驅動脈衝的步進頻率加倍使步與步之間的差距縮小;
如果有減速器、傳送帶、傳送齒輪,就通過改變主動輪與從動輪的半徑比值,改變傳動比,這樣被驅動的終端要想保持原來的速度,主動輪的轉速勢必要加快,轉速和激勵頻率成正比例,激勵頻率提高,後麵的震動感應固有頻率未變,兩個頻率錯開,震動自然減弱;
2從振動傳遞路徑上處理
如果振動源是不可避免的,那就在傳遞路徑上加隔振措施處理,從原理上看,剛性越強解決辦法如下:
傳動軸用彈性聯軸器,這樣避免了軸和軸不同心的轉動下,力矩傳遞不受損失,且軸和軸不對心而帶來的相互周期性剛性位移也可改觀,這種周期性相對位移是震動和噪聲的根源;
傳動之間用皮帶輪柔性連接,振動源與支撐件基座間加緩衝減震材料或裝置;
彈簧懸掛振動源,對緩衝減震很有作用,但會有三個問題需要克服,一是啟停時機器會抖動,二是不能傳遞力矩,因為彈簧本身是不能傳遞扭矩的,三是運輸時要考慮固定,裝機後還要拆去,比較麻煩;
設計導振措施,把振動導走,振動仍在,但離我們較遠了。常見的是大發電機,在固定在地麵的時候,在基座四周挖溝,孤零零的形成一個溝裏的地樁,振動從地下傳出去,到了樓房的時候,再通過樓房地基往上返,會把振動減弱好多。
3對振動感應係統的處理
振動源解決不了,傳播路徑解決不了,或者解決成本太高,可以在受震動點改進,雖然這個辦法不是首選,具體的方法如下:
在滿足強度要求的情況下,選用低剛度材料製作構件(特別是製作支承件)是一種減振的有效途徑。Wn降低,遠離了激勵源頻率W;對自行式機械,將剛性懸掛改為彈性懸掛;對固定設備,將彈性件、阻尼件和質量件構成串和並聯、先串後並或先並後串等多種形式組合係統的彈性支承裝置,都能按照我們的預定要求,使係統的等效剛度低於原有的剛度,從而達到減振的目的。
加重固定基座的質量,降低固有頻率點;
注意單純依靠降低剛度、降低固有頻率來提高減振性能有時並不可取。一是隨著剛度的降低,係統設備的靜態位移也會增加,會使空間布置、彈性尺寸、結構設計帶來困難。二是對於不同工作要求的設備,通常有一個最低剛度的限製值,尤其是有力矩傳遞、力傳遞的時候,單純降低剛度也不是辦法。
另外可以實施結構的合理布局,03manbetx 預計到產品使用中將處於既有豎向振動,又有俯仰角振動等耦合振型時,注意結構的合理性,質量對稱分布的可能性,並確定出振幅為零點結構上的“節點”,以便對振動敏感的機械儀表、儀器或駕乘操作者坐椅能設置在“節點”或其附近。
4共鳴空腔的處理
有時候會遇到一種情況,把機器裝起來,噪聲很大,但振動幅度也不是很大,把機器拆開,噪聲明顯減小,這個現象是共鳴,共鳴的產生是類似音箱效果的共振,處理的辦法是把空腔破壞掉,空腔內的傳播介質是空氣,在空腔中波動,空氣波激勵機殼產生輕微振動,尤其是對開模具的注塑殼,殼內有電機等傳動裝置時,容易產生這種現象。
針對其產生機理,實施反向工程設計,破壞其空腔和空氣震動傳播的路徑,破壞殼體薄壁的震動,解決的辦法是在機箱中加空氣隔板或海綿,擋住空氣的震動傳播;另外是在殼體上加筋,使殼體的剛性增強,這樣即使有震動空氣傳到壁上,也不會產生殼體的微小變形產生震動進而成為共鳴。
5注意的問題
通過調整頻率點的方式實現減震時,機器啟停的過程會出現瞬間加速或減速,這樣激勵頻率會經過固有頻率點,例如步進電機支撐機構固有頻率10Hz,步進電機的頻率100Hz,正常工作狀態下,100Hz的激勵頻率肯定不會引起共振,但啟動時,得經曆0Hz—10Hz—100Hz這樣的過程,停機時得經曆100Hz—10Hz—0Hz的過程,所以會出現啟停過程的震動,如果機器設計要求較高,不能不考慮這個影響。
振動規律表明,具有多種振動,多種振型,並且總是以最低的固有頻率所對應的振型為主。在既有豎向振動又有俯仰振動的耦合振型時,為避免產生劇烈的俯仰振動(因人和設備對俯仰振動耐受力更低,破壞性更大),在激勵頻率W、俯仰角振動固有頻率Wn1.和豎向振動固有頻率Wn2之間,使W>Wn1>Wn2成立,實踐證明有利於係統動態特性。
設備的彈性支承能實現震動隔離,但布置不當,則易引起耦合振動。當彈性支承對稱布置於設備的四個角處,當質心處於受到豎向幹擾力作用時,設備隻作豎向方向振動,並不會引進其他型式的振動,當幹擾力大小位置不變,彈性支承各頂點與質心幾乎在同一平麵,但是由四個彈性支承沿縱向布置不對稱時,設備會伴隨豎向作上、下振動的同時,還作沿質心橫軸的俯仰振動。這種多個方向同時發生的振動稱為耦合振動。如果在沿橫軸方向的支承布置也不對稱,那麼就會引起共振型同時出現的耦合振動。多一種振型,就多一個固有頻率,也就多了一次引起共振的機會。這對設備的正常運轉不利,也使彈性支承裝置的設計和使用帶來很多的困難。
激勵頻率的產生一是來自自身,一是來自外界。自身的激勵頻率在多數工況下,要麼是工作任務要求所確定的(如在某一確定的轉速下工作),要麼是隨機的無法控製的(如自行式設備由地麵不平引起的激振)。由於旋轉的不平衡會使旋轉機械形成故障,例如風機轉子,煙氣粉塵粘在葉片上引起風機的不平衡運轉,在工藝上過濾粉塵、烘幹等措施都可以削減振動。
以上是震動和噪聲的常見問題和解決思路,再有高深的我也搞不懂了,就得找振動測試儀實地測一下,確認頻率和振幅,順藤摸瓜,逐步往外延伸測量,跟蹤到振動源,然後再03manbetx 找到在哪個環節解決問題的簡便而經濟的辦法。