隔振工程样本.doc

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2.4 隔振工程

复习要求
1、 熟悉各类隔振器材的性能特点及应用技术。
　　2、 掌握隔振设计的基本方法。
3、 了解各类阻尼材料的性能特点及应用技术。
一、 常见隔振器的分类
从理论上说, 凡是具有弹性的材料均能作为隔振器材来使用, 但在实际工程应用上往往会受到一些限制。满足以下条件的可作为隔振器材使用:
( 1) 弹性性能优良, 刚度低;
( 2) 承载力大, 强度高, 阻尼适当;
( 3) 耐久性好, 性能稳定, 不因外界温度、 湿度等条件变化而导致性能发生较大变化;
( 4) 抗酸、 碱、 油的侵蚀能力较强;
( 5) 取材容易, 价格稳定;
( 6) 加工制作和维修、 更换方便;
( 7) 无毒, 无放射性;
( 8) 具有阻燃性能。
隔振器材分类较复杂, 可按材料种类或结构形式划分, 也可按用途进行分类。见表5-2-29。
1、 橡胶隔振器
橡胶隔振器是利用橡胶材料制成的最简单的隔振元件, 也是工程中常见的隔振装置。分为压缩型、 剪切型、 压剪复合型。
橡胶隔振器一般由约束面和自由面构成, 约束面一般和金属相接, 自由面则是指垂直加载于约束面时产生变形的那一面。橡胶隔振器的隔振参数不但于使用的橡胶材料成分有关, 还与构成形状、 受力方式等因素有关。
橡胶隔振器与弹簧相比有如下特点:
( 1) 橡胶较易成型, 与金属能牢固地黏结在一起, 可做成各种任意复杂形状。
( 2) 橡胶有内摩擦, 临界阻尼较大, 因此很少发生钢弹簧那样的强烈共振, 或者螺旋弹簧特有的经过共振现象。另外, 橡胶隔振器一般是由橡胶和金属结合而成的, 金属与橡胶复合后的声阻抗较大, 能够有效地起到隔声作用。
( 3) 橡胶隔振器的弹性系数能够经过改变橡胶成分、 改变结构等办法在较大范围内变更, 以满足设计和使用的需要。
( 4) 橡胶隔振器对太低的固有频率不适用, 静态压缩量也不能太大。因此, 对具有较低的干扰频率的系统和重量特别大的设备不适用, 较适用于中、 小型设备的隔振, 常见的适用频率范围为5~15Hz。
( 5) 橡胶隔振器性能受温度影响较大。高温下使用性能不好; 在低温下使用弹性系数会改变。
压缩型橡胶隔振器的设计步骤:
( 1) 确定隔振器载荷动刚度、 静刚度
根据被隔振对象总静载荷和所用的隔振器的数量, 求出每个隔振器承载的静载荷W( N) ;
根据隔振体系要求的固有频率, 求出竖向动刚度( ) 。

式中: —单个隔振器竖向动刚度, ; W—单个隔振器的静载荷, N。
橡胶材料的动态和静态弹性模量和它的肖氏硬度有关, 根据橡胶的硬度查阅相关资料, 就能够确定动态系数, 是动、 静态弹性模量之比( ) 。然后可确定隔振器的竖向静刚度。
则隔振器的水平刚度为:
式中: —动态切变模量,; ; —隔振器支撑面积; —隔振器的高度。
( 2) 确定隔振器的几何尺寸
隔振器的竖向静变形为, 有; 隔振器的支撑面积为S, 有。
式中: —分别为温度系数、 形状系数; 其中形状系数与有关, ( 橡胶隔振器为矩形) 或( 橡胶隔振器为圆形) ; ——静态弹性模量。
隔振器设计注意事项:
( 1) 应根据使用的环境条件选择合适的橡胶。
( 2) 在橡胶和金属的结合面, 避免有可能造成应力集中的结构, 并以圆角代替锐角。
( 3) 在实际应用中, 橡胶隔振器的最大应力发生在橡胶与金属黏结面上, 因此在校核强度时, 除了橡胶本身的允许应力外, 还需要考虑橡胶和金属间的黏结强度, 取两者中的较小值作为设计的依据。
( 4) 在设计或选用橡胶隔振器时, 要考虑到尽可能避免使橡胶长期在受拉状态下工作, 橡胶的变形应按厚度控制在许可的百分比范围内。
( 5) 对于圆筒形或剪切型隔振器, 为了消除橡胶的收缩应力, 提高其耐久性, 在制造时必须给以适当预压。当采用这种措施时, 半径方向或者压缩方向的刚度将增大约10%, 而轴线方向或剪切方向则将减小, 因此刚度的正确数值, 要按产品实测值为准。
( 6) 隔振器的主要性能参数是刚度和阻尼。根据加载力变化速度的不同, 分为静刚度、 动刚度、 冲击刚度三种, 对于弹簧隔振器来说, 这三者基本上是相同的, 而橡胶隔振器的三种刚度是不同的。
( 7) 需要指出的是, 温度对橡胶隔振器的刚度影响很大, 温度降低, 刚度增大; 温度升高, 刚度则减小。
2、 弹簧隔振器
弹簧隔振器是当前应用较广泛的隔振器, 包括螺旋弹簧式隔振器、 板条钢板式隔振器和卷带式隔振器三种类型。
螺旋弹簧式隔振器应用最广泛, 在各类风机、 破碎机、 压力机、 锻锤机的振动控制上常被采用, 设计合理, 可获得满意的隔振效果。
板条钢板式隔振器是由多根钢板叠加在一起构成的。具有良好的弹性, 变形时钢板间产生摩擦阻尼。只在一个方向上具有隔振作用, 用于火车、 汽车的车体减振。
弹簧器有如下优点:
( 1) 能够达到较低的固有频率, 例如5Hz以下。
( 2) 能够达到比较大的静态压缩量, 一般达到20mm的压缩量。
( 3) 承载能力高, 能够承受比较大的荷载。
( 4) 耐高温、 耐油污、 性能稳定不老化。
( 5) 钢弹簧的工作方式能够是压缩式, 也能够是拉伸式, 使用非常灵活。
弹簧隔振器有如下缺点:
( 1) 由于存在自振动现象, 容易传递中频振动。
( 2) 阻尼太小, 对共振频率附近的振动隔离能力比较差。
( 3) 在高频区域, 隔振效果差。
( 4) 金属弹簧的水平刚度比较小, 一般采用附加黏滞阻尼器的方法或在弹簧钢丝外敷设一层橡胶, 以增加隔振器的阻尼。
3、 隔振垫
隔振垫是由具有一定弹性的软材料, 如橡胶、 软木、 毛毡、 海绵橡胶、 玻璃纤维、 矿渣棉及泡沫塑料等构成。由于弹性塑料本身的自然特性, 一般没有确定的形状尺寸, 实际应用中能够根据具体要求来拼或裁切成一定外形尺寸。
( 1) 橡胶隔振垫
橡胶隔振垫选用橡胶为材料, 天然橡胶由于变化小、 拉力大、 受破坏时延伸率长, 价格低廉, 因此应用较多。橡胶隔振垫有五种类型: 平板橡胶垫、 肋形橡胶垫、 三角槽橡胶垫、 凸台橡胶垫、 剪切形橡胶垫。
橡胶橡胶垫的性能与橡胶隔振器相似, 主要优点是具有持久的高弹性, 有良好的隔振、 隔冲击和隔声性能; 造型和压制方便, 能满足刚度和强度的要求; 具有一定的阻尼性能, 能够吸收机械能量, 对高频振动量的吸收尤为突出; 由于橡胶材料和金属表面间能牢固的黏结, 因此不但易于制造安装, 而且还能够利用多层叠加减小刚度, 改变其频率范围, 价格低廉。缺点是: 易受温度、 油质、 臭氧、 曝光及化学溶剂侵蚀的影响, 造成性能变化及老化, 易松驰, 寿命较短等。
( 2) 软木隔振垫
软木是一种应用历史悠久的隔振垫材料。软木具有质轻、 耐腐蚀、 保温性能好、 施工方便等特点, 并有一定的弹性和阻尼, 适用于高频或冲击设备的隔振。
( 3) 毛毡
毛毡的适用频率范围为30Hz左右, 适用于对车间内中小型机器隔振降噪处理, 毛毡隔振系统的固有频率主要取决于毛毡的厚度, 而不是它的面积和静荷载, 毛毡压得越密实, 系统的固有频率就越高。一般采用的毛毡厚度为10~25mm, 当承受2~70N/cm2 压力时, 固有频率约为20~40Hz。其优点: 价格便宜、 容易安装, 能够随意裁剪使用, 与其它材料表面黏结性强; 变形在25%以内时载荷特性为线形。
( 4) 玻璃纤维
玻璃纤维是一种松散纤维材料, 它靠本身良好的弹性和纤维间的压缩和摩擦而具有一定的阻尼和弹性, 是一种良好的隔振材料, 使用较为普遍。玻璃纤维的优点是不易老化、 不腐、 不蛀, 又有抗酸、 抗碱和抗油的良好性能, 也不会燃烧。
( 5) 海绵橡胶和泡沫塑料
橡胶和塑料本身是不可压缩的, 在其变形时体积几乎不变, 如在橡胶或塑料内形成空气或气体的微孔, 它就有了压缩性, 经过发泡处理的具有空气微孔的橡胶和塑料称为海绵橡胶和泡沫塑料。由海绵橡胶和泡沫塑料构成的弹性支撑系统, 其优点主要表现为使用这种材料可获得很软的支撑系统; 裁切容易、 安装方便; 载荷特性表现为显著的非线性; 产品很难保证质地均匀。
4、 弹性吊架
弹性吊架, 也称弹性吊钩, 它实际上也是一种隔振器, 只不过支承方式是悬挂式的。用于管道及隔声结构悬吊的, 能够防止管道的振动传给建筑结构, 也能够防止固体噪声相互传播。在高层建筑或声学要求较高的场所应用较多, 如给水管道用弹性吊架悬挂在楼板下或混凝土梁下, 流速大的风管也用弹性吊架悬吊。
弹性吊架的基本结构可分为三部分: 外壳、 弹性体和连接部分。
二、 隔振应用技术
在振动控制中, 隔振是投资不大却行之有效的方法。隔振分为两类: 积极隔振和消极隔振。都是在振源或防振对象与支撑结构之间加隔振器材。
1、 隔振设计的原则和适用情况
( 1) 隔振设计的原则
隔振设计是根据机器设备的机器特性、 振动强弱、 扰动频率以及环境要求等因素, 尽量选用振动较小的工艺流程和设备, 确定隔振装置的安放部位, 并合理的使用隔振器等。主要亲自遵循以下原则:
①隔振设计时, 必须了解机器设备的振动特性, 以及可能产生的后果。
②合理采用隔振元件, 弹性吊架和非刚性连接等隔振措施。机器设备的机座刚性和重量应保证设备的正常运行和减轻磨损。
③机器基础应独立, 并与其它机器基础、 房屋基础之间分开或留缝。
④尽量选用振动较小的设备或驱动频率较高的设备, 以提高隔振效果。
⑤隔振器在平面上的布置, 力求使其刚度中心与隔振体系的重心在同一垂直线上。
( 2) 隔振设计的适用情况
①控制设备引起的基础或楼板的振动, 引起的噪声或振动直接产生危害。
②在机器设备内部, 振动部件经过结构件向非振动部件传递振动。
③敏感的仪器或设备受基础传递的环境振动而无法正常工作。
一般来说, 对固体声和基础振动比较敏感的地点需要进行隔振, 机座重量比较轻的设备需要进行隔振, 或增加惰性块后再进行隔振。
2、 隔振设计的步骤
( 1) 隔振设计前的准备工作
①收集被隔设备的资料: 设备的型号、 规格及轮廓尺寸图等, 设备的质心位置、 质量和质量惯性矩, 设备底座外廓图、 附属设备、 管道位置和坑、 沟、 孔洞的尺寸、 灌浆层厚度、 地脚螺栓和预埋件的位置等, 与设备和其基础连接的有关管线图。
②勘察现场条件、 确定设备安装位置和掌握支撑结构形式。
③掌握隔振装置工作的环境条件, 如温度、 接触物等。
④收集隔振安装需要的图纸资料, 包括动力设备和机架的重量和重心的位置, 以及设备底座外形尺寸和地脚螺栓的位置等。
⑤所选用或设计的隔振器的特性( 如承载力、 压缩极限、 刚度和阻尼比等) 。
( 2) 明确隔振设计的任务
根据不同的隔振类型, 分析振动设备的扰动力频率。如果有几个频率不同的振动源都需要隔离, 则激振力频率应该取频率最小的那个作为设计计算值。扰动力频率常常是现有设备的固有参数不可改动。
( 3) 确定振动传递比T
根据设计原则和有关资料, 以及实际工程需要确定振动传递比T。简单隔振( 质量弹簧系统) 系统的振动传递比T由下式计算:
式中: —振动传递比; —机器设备的扰动频率, Hz; —机器设备与隔振装置组成的隔振系统的固有频率, Hz。
在隔振系统有阻尼的情况下, 由下式计算:

式中: ——阻尼比, 。
( 4) 确定固有振动频率
根据现场隔振要求, 由扰动力频率以及振动传递比T能够确定隔振系统的固有振动频率:
由于机组外力频率与机组本身重力作用下弹性支座的静态下沉量有着重要关系。因此隔振系统的固有频率也能够用下式计算。
对于钢弹簧:
对于橡胶等弹性材料:
式中: ——材料动态和静态弹性模量。
同时应保证。一般情况应取2.5~5, 要获得较大的静态压缩量, 并取得较好的隔振效果, 一般选取2.5~3Hz, 阻尼比取0.1~0.2。由于是不可改变的, 要保证, 就要尽量降低。在实际隔振工程中, 降低隔振系统固有频率一般采用以下办法:
①增加设备的质量。
②降低隔振器的劲度。
( 5) 确定系统总参考质量
( 6) 计算隔振体系的总刚度
式中: ——隔振体系的总刚度, kN/m; ——隔振体系的总质量, t。
( 7) 计算隔振器的数量N
式中: ——所选用的单个隔振器的刚度, kN/m。
( 8) 核算隔振器的总承载能力
式中: —单个隔振器容许承载力; W—隔振体系总重量; —作用在隔振器上干扰力,kN。
( 9) 校核设备振幅
试算隔振体系上所要求的振动控制点上的机器振幅A, 使之满足:
—容许振动的线位移。
当机器以垂直振动完全独立方式弹性支撑时, 由激振力F所引起的机器振幅A:

式中: —容许振幅, ; —隔振体系总重量, kN; —干扰力的频率, Hz; —系统固有频率, Hz; —重力加速度, 。
( 10) 调整参数、 、
调整参与振动的系统总质量、 总刚度和系统的阻尼系数等, 满足振动传递率T或控制点的机器振幅等要求。
( 11) 选择隔振器型号
根据上述计算参数和使用要求, 选择隔振器的类型和型号, 进行隔振系统的结构设计。
3、 隔振器材的选择
需要考虑的因素主要有刚度、 阻尼性质、 耐受恶劣环境性能、 安装的难易程度等几个方面。见教材表5-2-34。
三、 阻尼材料的性能及应用技术
1、 阻尼材料
阻尼减振降噪的技术基础是材料和结构的阻尼耗能特性。要充分发挥材料的阻尼作用, 必须掌握材料的阻尼特性和机械特性, 研究材料阻尼的形成机理和影响因素, 开发新的、 适用的阻尼材料和阻尼结构。阻尼材料分类见表5-2-35。
( 1) 黏弹类阻尼材料
黏弱类阻尼材料是当前应用最为广泛的一种阻尼材料, 能够在相当大的范围内调整材料的成分和结构, 从而满足特定的温度和频率的要求, 并有足够的阻尼耗损因子。可分为橡胶类、 沥青类、 塑料类等。
( 2) 阻尼涂料
阻尼涂料由高分子树脂加入适量填料和辅料配制而成, 是一种能够涂敷在各种金属板状结构表面上的, 具有减振、 降噪、 绝热和一定密封性能的特种涂料, 可广泛应用于飞机、 船舶、 车辆和各种机械的减振。
( 3) 沥青型阻尼材料
沥青型阻尼材料的基本配方以沥青为基材, 配以大量无机填料混合而成, 必要时加入适量塑料、 树脂和橡胶等。在汽车、 拖拉机、 纺织机械和航天等行业使用较多, 特别是在性能要求较高的车型中使用特别广泛。大致分为以下四种类型:
①熔融型: 此种板材熔点低, 加热后流动性好, 能流遍整个汽车底部构件, 在汽车烘漆加热时一并进行加热。
②热熔型: 在板材的表面有一层热熔胶, 以便在汽车烘漆加热时热熔胶融化黏合, 它一般用做汽车底部内衬。
③自黏型: 在板材的表面涂上一层自粘型压敏胶。并覆盖隔离纸, 一般用在汽车顶部和侧盖板部分。
④磁性型: 在板材的配方中填充大量的磁粉, 经过充磁机充磁后具有磁性, 可与金属壳体贴合, 一般用在车门部位。
沥青型阻尼材料的结构耗损因子随厚度的增加而增加。
上述几种阻尼材料虽然具有很大的阻尼耗损因子和良好的减振效果, 但它们最大缺点是本身的刚度小, 因此不能作为机器本身的结构件, 同时在一些高温场合也不能应用。
( 4) 阻尼合金
阻尼合金又称减振合金, 俗称哑铁, 阻尼合金具有良好的减振性能, 即是结构材料又有高阻尼性能。大阻尼合金。
噪声与振动控制工程中选用的减振合金具有阻尼性能好, 兼有钢铁良好的硬度性能, 易于机械加工, 具有耐腐蚀、 耐高温和成本低等多项综合指标。
( 5) 复合型阻尼金属板材
在两块钢板或铝板之间夹有非常薄的黏弹性高分子材料, 就构成复合阻尼金属板材, 这种结构的强度由各基体金属材料保证, 阻尼性能由黏弹性材料和约束结构加以保证。金属板弯曲振动时, 经过高分子材料的剪切变形, 发挥其阻尼特性, 不但损耗因子大, 而且在常温或高温下均能保持良好的减振性能。
复合型阻尼金属板材的优点有如下五点:
①振动衰减特性好, 耗损因子一般在0.3以上。
②机械性能好, 复合型阻尼金属板材的屈服点、 抗拉强度等机械品质与同厚度普通金属板大致相同。
③耐热耐久性好, 板材夹层采用特殊的树脂, 即使在的空气中连续加热1000h, 各种性能也不劣化。
④焊接性能好, 焊缝性能与普通钢相同。
⑤具有阻燃、 耐腐蚀、 耐水、 耐油、 耐寒、 耐冲击、 耐高温等优点。
( 6) 其它阻尼材料
由橡胶型闭孔泡沫阻尼材料复合大阻尼压敏黏和剂与防黏纸组成, 具有良好的抗冲击、 隔热、 隔声等性能, 可用于抑制航天、 航空、 船舶的薄壁结构的振动控制及液压管道的减振。
高温条件下, 常见的阻尼材料是玻璃状阻尼陶瓷和细粒玻璃。还有抗静电阻尼材料。
2、 影响阻尼材料性能的因素
衡量阻尼材料性能的参数是材料耗损因子, 多数材料的耗损因子会因外界因素的影响性能会发生变化, 例如温度和频率对耗损因子就有重要的影响。
( 1) 阻尼材料的性能随温度的变化而变化: 温度较低时表现为玻璃态, 模量高而耗损因子较小; 温度较高时表现为橡胶态, 模量表现较低耗损因子也不高; 在这两个区域中间有一个过渡区, 过渡区内材料模量急剧下降, 而耗损因子较大。
( 2) 频率的影响: 频率对阻尼材料的性能的影响取决于材料的使用温度区。在温度一定的情况下, 阻尼材料的模量大致随频率的增高而增大。
对大多数阻尼材料来说, 温度和频率两个参数之间存在着等效关系。对其性能的影响高温相当于低频, 低温相当于高频。
3、 阻尼基本结构及其应用
阻尼结构大致分为离散型阻尼器件和附加型阻尼结构。其中离散型阻尼器件可分为两大类, 一类是应用于振动隔离的阻尼器件, 如金属弹簧减振器、 黏弹性材料减振器、 空气弹簧减振器等, 另一类是应用于吸收振动的阻尼器件, 如阻尼吸振器、 冲击阻尼吸振器等。
附加型阻尼结构是提高机械结构阻尼的主要结构形式之一, 适用于梁、 板、 壳件的减振。该结构可大致分为三类: 第一类是直接黏附阻尼结构, 如自由层阻尼结构、 约束层阻尼结构、 复合层阻尼结构( 多层的阻尼结构) 、 插条式阻尼结构等; 第二类是直接黏附加固定的阻尼结构, 如封砂阻尼结构、 空气挤压薄膜阻尼结构等; 第三类是直接固定组合的阻尼结构, 如接合面阻尼结构等。
当前振动控制技术上较多地使用了直接黏附的阻尼结构。该结构主要有自由阻尼结构和约束阻尼结构。
自由阻尼结构是将阻尼材料直接粘贴或涂敷在需要减振的结构的一面或两面, 当板振动和弯曲时, 板和阻尼层可自由压缩和延伸, 从而使部分机械能耗损。当阻尼材料的弹性模量比较小时, 自由阻尼复合层的耗损因子可表示为:
式中: —阻尼材料的损耗因子; —分别是基板和阻尼材料的弹性模量; —分别是基板和阻尼材料的厚度。
自由阻尼层结构多用于管道包扎以及消声器、 隔声设备等易产生振动的薄板结构的内、 外表面。
约束阻尼层结构是在结构的基板表面粘贴阻尼层后, 再贴上一层刚度较大的约束板。当结构振动时处于约束板和基板之间的阻尼材料产生拉伸压缩变形, 此变形把部分振动能转变成热能, 从而达到减小结构振动的目的。阻尼层受金属板约束不能伸缩变形, 主要受剪切变形, 能够耗散更多的振动能。约束层阻尼处理一般能够提供较大的结构损耗因子, 比自由阻尼结构有更好的减振效果, 但约束阻尼层结构一般选用阻尼层和金属板相等的对称性结构, 它的施工复杂, 造价高, 一般用在减振要求比较高的场合。
复合阻尼层结构是用薄层黏弹性材料将多层金属薄板黏接在一起的具有高阻尼特性并保持金属板强度的约束阻尼结构。
阻尼插入结构是在厚度不同的基本结构层与另行设置的弹性层之间插入一层阻尼材料组合成的结构。阻尼材料不和黏弹性材料粘贴在一起。当结构振动时, 上下两层金属板产生不同模态的振动, 使阻尼材料层产生横向拉压应变, 从而耗损能量。
附加阻尼结构的选择和设计: 选择阻尼结构的形式, 要根据减振控制要求、 机件的结构形式、 设备激励状况和响应水平、 工作环境等因素决定。自由阻尼结构适合于拉压变形, 约束阻尼结构适合于剪切变形。
4、 阻尼减振技术的工程应用
阻尼减振降噪技术, 在提高产品和工程结构抗震性和稳定性、 延长使用寿命方面有很多应用, 涂敷在金属结构上的阻尼材料不但能够有效地抑制结构在固有频率上的振动, 而且还能大幅度的降低结构噪声。如在火车、 汽车、 飞机的客舱内壁涂阻尼材料, 能够有效地降低噪声, 改进环境。

2.5 噪声和振动控制系统设计

复习要求
　　1、 了解综合治理工程的声源特性、 环境条件和治理目标。
　　2、 熟悉声、 振动源控制技术和敏感目标的防护技术。
　　3、 掌握噪声和振动传播途径控制技术。
　　4、 掌握噪声和振动污染综合治理设计技术。

一、 噪声控制的基本方法
1、 噪声控制系统
噪声传播过程中有三个要素, 即声源、 传播途径和接受者。噪声控制的措施能够分别在声源( 发射) , 声源和接受者之间( 传播途径) 以及工作位置( 接受者) 上采取。
首先考虑降低各类声源的噪声发射, 测量和评价声源的噪声发射量, 声源的评价量是声功率级, 有时也采用一定距离处的声压级。
在传播途径中采取的措施包括隔声罩、 局部隔声罩、 声屏障和消声器等噪声控制装置, 它们的效果评价, 一般采用插入损失等评价量。
对噪声控制措施总效果的评价一般可采用接受点处的噪声照射值。
2、 声源控制
机器设备和交通运输工具噪声( 或生产工艺噪声) 一般主要由流体动力噪声( 气体或液体) 和机械噪声构成。
流体动力噪声是由流体的压力和速度起伏变化所产生的。
机械噪声是由受撞击、 质量不平衡等原因而引起的动态力激发机器设备部件振动而产生的。振动传递给机罩、 工件等辐射表面, 产生噪声。
下列一些方法能够降低流体动力噪声:
（1） 减少激励源周期性的压力起伏;
（2） 降低流体速度;
（3） 避免压力突变;
（4） 流体经过部件的合理设计。
下列一些方法能够降低机械噪声:
（1） 经过附加弹性层等方法增加撞击响应时间, 以降低动态激发力;
（2） 在不能改变激励力的情况下, 经过调整刚度和附加质量(惯性块), 降低机械结构在激励点的振动速度;
（3） 经过采用弹性元件和具有高内阻材料( 铸铁等) , 降低由激发点到噪声辐射表面的振动传递( 固体声) ;
（4） 降低振动结构的声辐射效率, 例如: 采用加肋的薄壁取代厚的刚性壁; 在金属薄板上附加阻尼层; 在不需隔声的场所, 采用带孔洞的金属板。
（5） 采用包扎、 厚壁结构( 薄阻尼金属板靠近辐射表面) 等隔声措施。
在有些情况下, 用低噪声工艺取代噪声大的工艺可能比采用噪声控制措施更经济可行。见表5-2-40。
合理规划声源也是声源控制的重要措施之一, 经常考虑的声源规划措施如下。
（1） 把高声源放在一起, 减少它们对远的工作位置影响
两个等噪声的声源放在一起, 总的噪声增加3dB,如果把两个声源拉开一定距离, 则它们周围的每一个区域也都受到影响。
（2） 合理规划最吵闹声源的位置
如果生产工艺允许, 高噪声设备应和噪声低的设备分离。这能够经过把高噪声设备放在分离的房间或经过带有隔声门的墙壁隔离来实施。当集中的高噪声设备放在一个房间时, A声级可能仅增加几个分贝, 这个增加能够经过房间壁面的适当处理加以抵消。
（3） 辅助工作的合理安排
低噪声工艺能够和高噪声工艺分离, 一般辅助工作不和噪声源相连, 例如各部分的清洗、 保养、 维修和生产准备、 生产后续工作( 例如包装等) 安排在低噪声区域。
（4） 使用遥控装置
如有可能, 对一些高噪声的机器设备, 采用遥控操作, 为此操作者可远离噪声源。
另外, 及时调整和更换机器零件, 加强机器设备和噪声控制装置的维护对降低噪声也是必要的。经过更换或者调整机器设备中零部件, 在不影响性能情况下, 也可能降低机器内部噪声传递和表面辐射。机器设备由于缺乏保养, 缺少润滑、 安装误差、 不平衡和零部件松动等原因, 也能增加噪声。保持机器设备处于最佳运行状态对降低噪声也是有益的。任何维修上的不足一般都增加噪声。对机器设备附带的噪声控制装置也应注意维护, 同时对隔声罩。隔声屏、 消声器的效果进行细心地监测。
3、 传播途径控制措施
当前技术水平来看, 大多数机器设备产生的噪声并不能满足人们的要求, 往往还需要在传播途径上采取噪声控制措施。经常采用的传播途径控制措施有: 吸声、 隔声、 消声器、 隔振、 阻尼等。
吸声是利用可吸收声音的材料和结构, 吸收一部分声能, 降低噪声。
隔声是利用具有一定重量和坚实的材料和结构, 隔离声传播通路, 降低噪声。
消声器是一种既能够使气流经过又能够降低噪声的管道装置, 能够有效地控制气流噪声。
隔振和减振是对振动较大的设备, 采用弹簧、 橡胶等隔振元件减少振动力的传递, 或者在振动表面上覆盖以阻尼材料, 降低噪声辐射效率。
采用何种措施, 要在调查测量的基础上, 根据声源和传播途径, 有针对性选择, 注意可行性和经济性。常见噪声状况推荐优先考虑的措施见表5-2-41。
4、 接受者防护措施
( 1) 建筑防护措施
环境噪声一般是经过外墙传入室内的, 外墙墙体本身的隔声量一般是足够的, 能够防止室外环境噪声的传入, 但一般外墙的门和窗是薄弱环节, 环境噪声可经过外墙的门和窗传入室内。采用隔声量大于30~40dB以上的高效隔声门、 窗, 是建筑噪声防护的重要措施。
隔声窗是保护室内环境不受外界噪声干扰的最有效的手段之一。还能够经过设置封闭阳台和外廊, 设置隔声外廊、 隔声阳台等方法解决环境噪声的污染问题。
( 2) 个人防护措施
中国已有一些不同品种的专用听力保护个人用品, 主要有耳塞、 耳罩和防噪头盔。不同类型的防护服务器其衰减值不同, 衰减的频率特性也不同, 在选用时要注意根据使用者所暴露的噪声情况, 和噪声允许的标准而定。
二、 噪声控制的基本程序
噪声控制的基本程序应是从声源特性调查入手, 能过传播途径的分析、 降噪量确定等一系列步骤再选定的最佳方案, 最后对噪声控制工程进行评价。见图5-2-80。
噪声源测量分析的内容, 主要包括各噪声源的空间分布、 噪声的频率特性( 一般作倍频程或1/3倍频程分析) 、 噪声级的时间变化特性。
当噪声源较多时, 应采用声源识别方法对每个声源单独进行测量, 确定各声源所占的能量比例, 找出主要声源。对于相当多的环境噪声控制问题, 声源识别是关键。经常采用的声源识别方法包括:
( 1) 覆盖法或声源移去法
即经过对部分声源密封、 停止运行或移去, 分别识别各部分的声发射能量, 该方法是一种传统的和简单易行的声源识别方法。
( 2) 近场声压级法
对于大面积和形状简单的辐射声源, 能够利用近场的声压级近似估算声源辐射功率级。
( 3) 表面振速法
对于声辐射主要来自表面振动的噪声源, 能够由表面振动速度级测量来估算声源辐射声功率级:
式中: —振动加速度级; —辐射表面面积; —辐射效率, 和材料刚度、 阻尼等特性有关; —常数。
( 4) 频谱分析法
根据声源辐射频率特性不同, 利用噪声频谱分析方法和转速跟踪方法识别声源, 该方法特别适合于识别旋转机械和往复机械噪声。
( 5) 相关、 相干分析技术
利用总噪声和分噪声源的相关、 相干特性, 经过相关函数( 自相关函数、 互相关函数) 、 相干函数、 传递函数的测量识别主要噪声声源。
( 6) 声强技术
利用声强方法测量一个声源的声功率级或经过近场声强测量进行声源排队, 进行声源识别。
噪声源传播途径的调查和分析是十分重要而又非常复杂的, 是噪声控制成败的关键。调查分析的主要内容是确定哪些传播途径, 以及各传播途径所占总的能量比例。
当声源和接受者处于室外时, 传播途径一般为空气声传播, 只要考虑一些屏障和气象条件的影响就能够了。
常见的噪声传播途径有空气中直接传播, 各种门、 窗、 通风口的传播, 壁面的透射, 固体声传递。多数噪声较大的设备, 都伴随有振动, 经过基础以固体声方式相邻房间传递, 这种传播途径有时也会成为主要矛盾, 绝不能忽视。
为了找出主要噪声传播途径, 还需估算出各种传播途径所占总能量比例。对于门、 窗、 通风口等空气声传播途径识别, 能够大致按下式估算传递的能量:

式中: —经过面积S传递声功率级, dB; —面积S上平均声压级, dB。
空气声和固体声的分离和识别, 可采用表面振动法, 测量主要固体声辐射表面加速度或速度, 估算出固体传递的能量。空气声能够用扬声器进行试验。
噪声控制的标准, 根据国家有关标准法规和要保护区域的功能选定。如果需要, 能够低于国家标准, 但不能高于国家标准。当有多个声源和多种传递途径时, 要在确定各声源和各传递途径能量的基础上确定各噪声源和各传递途径减噪量, 所要求的这些减噪量是噪声控制设计的依据。原则上要求对主要声源和主要传递优先采取措施, 否则难以保证达到标准。在噪声控制中经常采用一种所谓”等能量原则”, 即根据总的要求标准, 按照量比例确定各噪声源和传播途径的标准。在一项噪声控制工程中, 如有几个噪声源( 或传播途径) , 第个噪声源所占能量比例为, 总的要求标准为, 则第个声源要求的标准为:

当然, 满足上述要求的方案可能很多, 在确定最后设计方案时, 还要兼顾考虑投资多少, 施工难易, 对工作效率影响大小等因素。

作业
一、 填空题
1、 橡胶隔振器分为 、 、 三类。
2、 弹簧隔振器是当前应用较广泛的隔振器, 包括 、 、 三种类型。
3、 橡胶隔振垫有五种类型: 、 、 三角槽橡胶垫、 凸台橡胶垫、 剪切形橡胶垫。
4、 隔振是投资不大却行之有效的方法。隔振分为两类: 、 。都是在振源或防振对象与支撑结构之间加隔振器材。
5、 已知机器设备的扰动频率, 机器设备与隔振装置组成的隔振系统的固有频率, 则简单隔振系统的振动传递比为: 。
6、 衡量阻尼材料性能的参数是材料耗损因子, 多数材料的耗损因子会因外界因素的影响性能会发生变化, 对耗损因子有重要影响因素有: 、 。
7、 阻尼结构大致分为: 、 。其中离散型阻尼器件可分为两大类, 一类是 , 另一类是 。
8、 噪声传播过程中有三个要素, 即 、 和 。
9、 在传播途径上经常采用的噪声控制措施有: 、 、 、 和阻尼等。
10、 噪声源测量分析的内容, 主要包括 、 、 。
解答:
1、 压缩型、 剪切型、 压剪复合型; 2、 螺旋弹簧式隔振器、 板条钢板式隔振器和卷带式隔振器; 3、 平板橡胶垫、 肋形橡胶垫; 4、 积极隔振、 消极隔振; 5、 ; 6、 温度、 频率; 7、 离散型阻尼器件、 附加型阻尼结构、 应用于振动隔离的阻尼器件、 应用于吸收振动的阻尼器件; 8、 声源、 传播途径、 接受者; 9、 吸声、 隔声、 消声器、 隔振; 10、 各噪声源的空间分布、 噪声的频率特性、 噪声级的时间变化特性。
二、 计算题
1、 一台精密设备与基础总重19110N, 根据隔振效率要求隔振基础的固有频率为6Hz, 在室温条件下工作, 试设计压缩型橡胶隔振器。
解: ①假定用6个隔振器, 每个隔振器承载力为:

每个隔振器的垂直动刚度为:

②设采用硬度为50HS的橡胶, 查资料可知, 因此垂直静刚度为:

③隔振器的静变位:

隔振块高度 。
④在室温条件下, 查资料得。

以计算强度考虑, 可假定隔振器支撑面积为, 计算。
经过查资料得
取橡胶硬度为55度, 查资料得。
隔振器的支撑面积为:

实际取
重复验算, 故取合理。
2、 有一精密仪器在使用时要避免外界振动的干扰; 为此, 使用8个弹簧用作隔振装置。已知地板振动的频率为0.5Hz, 振幅为0.1cm, 仪器的质量784kg, 仪器的容许振幅A＝0.01cm, 问每个弹簧的弹性系数应该为多少?
解: 这是一个被动隔振问题, 由传递系数定义有:

则传递比应为:

在忽略系统阻尼的情况下, 传递比的计算公式为:

故

而

因此

则系统的总弹簧弹性系数为:

因此, 每个弹簧的弹性系数。