机械振动与噪声
机械工程中的振动与噪声控制
机械工程中的振动与噪声控制机械工程领域中的振动与噪声控制是关乎工程质量和人员安全的重要问题。
振动与噪声的存在可能导致设备磨损、性能下降，甚至对工作人员产生不利影响。
因此，如何有效控制振动和噪声成为了机械工程师们关注的焦点。
1. 振动控制振动是机械工程中常见的现象，它是由于机械系统中的不平衡、不对称、共振等原因引起的。
为了减小或消除振动带来的负面影响，可以采取以下措施。
（1）动平衡技术：通过对旋转机械进行平衡调整，使其运行时振动减小到最低限度，避免不平衡引起的损伤。
（2）减振装置：在机械设备中增加减振器，如弹簧、减振垫等，吸收振动能量，降低机械的振动水平。
（3）精度控制：机械加工和装配过程中，提高加工精度和装配精度，减小各部件的不平衡或对称差异，从而减少振动。
2. 噪声控制噪声是机械设备运行中产生的不必要的声音，可能对周围环境和人员造成威胁和不适。
下面是一些减少噪声的方法。
（1）隔声措施：在机械设备周围建立隔音室，采用隔声材料进行隔音，减少噪声向周围环境传播。
（2）降噪设备：在噪声源附近设置降噪设备，如降噪耳塞、降噪耳机等，有效减少噪声对人员的影响。
（3）改进设计：在机械设备的设计过程中，注重噪声控制，采用吸声材料和隔声结构，减少噪声产生。
3. 振动与噪声控制的重要性振动和噪声的产生可能对机械系统的性能、寿命和可靠性造成不利影响。
同时，对于工作人员来说，长时间暴露在高噪声环境中会对健康产生负面影响，引发听力损伤、睡眠障碍以及心理疾病等问题。
因此，振动和噪声控制是机械工程中不可忽视的重要任务。
通过合理选择和优化机械设计，合理安装和使用机械设备，以及采取有效的振动和噪声控制措施，可以大大降低振动和噪声对机械系统和人体的危害。
机械工程师需要综合考虑各种因素，不断改进和创新，以实现振动和噪声控制的最佳效果。
总之，振动与噪声控制在机械工程中的重要性不言而喻。
了解振动和噪声产生的原因，并采取相应的控制措施，对于提高机械设备的性能和使用寿命，保护工作人员的健康至关重要。
机械振动与噪声控制
机械振动与噪声控制机械振动与噪声控制是现代工程领域中非常重要的一个研究方向。
随着科技的不断发展，人们越来越注重减少机械运动中的振动与噪声，以提高设备的性能、效率和使用寿命。
本文将从机械振动的基本原理、噪声的分类与测量、振动控制的方法等方面进行论述。
一、机械振动的基本原理在机械系统中，振动是一种围绕平衡位置周期性运动的现象。
振动通常由激励力以及系统的固有特性所引起。
激励力可以是机械力、电磁力、声波等。
机械系统的固有特性包括质量、刚度和阻尼等。
质量决定了系统的惯性，刚度决定了系统的弹性，阻尼决定了系统的能量损耗。
合理设计与控制系统的固有特性，可以减少机械振动的发生。
二、噪声的分类与测量噪声是由各种原因而产生的声音，它是人们感到不舒适的声音。
噪声可以分为环境噪声、机械噪声、交通噪声等多种类型。
环境噪声主要来自于工业、建筑、交通等方面的活动；机械噪声主要来自于机械设备的运行；交通噪声主要来自于汽车、火车、飞机等交通工具的运行。
噪声的测量通常通过声压级、频谱特性和声音品质等参数来描述。
三、振动控制的方法为了控制机械振动和降低噪声，人们采用了多种方法。
以下是一些常用的振动控制方法：1. 被动控制方法：这种方法通过在机械系统中加入质量块、减振器等元件，来吸收或分散振动能量，从而减少振动和噪声的传递和辐射。
2. 主动控制方法：这种方法通过传感器、执行器和控制算法等技术手段，实时监测和控制机械系统的振动。
主动控制方法可以根据振动信号的特征来产生反作用力，以抵消振动力，从而实现振动控制的目的。
3. 半主动控制方法：半主动控制方法结合了被动控制和主动控制的优点。
这种方法通过控制装置来控制振动元件的刚度、阻尼等参数，以改变系统的固有特性，达到控制振动和噪声的目的。
除了以上方法，还有一些辅助性的振动控制技术，如结构优化设计、材料选择、减震降噪措施等。
结语机械振动与噪声控制是一门具有挑战性和前沿性的学科，在工程应用中具有重要的实际价值。
机械振动与噪声控制考研专业课资料
机械振动与噪声控制考研专业课资料机械振动与噪声控制是工程领域中一个重要的专业课程，它涉及到振动和噪声的产生、传播和控制等方面的知识。
本文将介绍机械振动与噪声控制的基本概念、振动分析方法以及噪声控制技术等内容。
一、机械振动的基本概念机械振动是指机械系统在受到外界激励或内部失稳等因素的作用下，产生的物体或结构的周期性运动。
机械振动通常分为自由振动和强迫振动两种形式。
1. 自由振动自由振动是指物体在无外界激励的情况下，由于其本身固有的机械特性，发生的振动运动。
自由振动的特点是周期性、无阻尼和无衰减。
2. 强迫振动强迫振动是指物体在外界激励的作用下所产生的振动运动。
外界激励可以是周期性的力或非周期性的力。
强迫振动的特点是受到外力的影响，振幅和频率会发生变化。
二、振动分析方法为了研究机械振动现象，需要进行振动分析。
振动分析方法主要包括：1. 振动测量振动测量是通过传感器等设备对振动信号进行采集和分析，得到振动信号的幅值、频率等信息。
常用的振动测量方法有加速度测量、速度测量和位移测量等。
2. 振动模态分析振动模态分析是通过分析物体振动时的模态形态及其固有频率，揭示物体固有的振动特性。
常用的振动模态分析方法有频谱分析、阻尼比测量和模态参数识别等。
3. 振动控制振动控制是指通过采取相应的措施，减小或消除机械振动对设备或结构的影响。
常用的振动控制方法包括减振措施和隔振措施等。
三、噪声控制技术噪声是一种不受欢迎的声音，对人类健康和生活环境产生负面影响。
噪声控制技术旨在减少或消除噪声的传播和影响，并提供一个安静的环境。
1. 噪声源控制噪声源控制是指通过改变噪声源的结构或使用噪声源控制设备来减少噪声的产生。
常用的噪声源控制方法包括降噪技术、隔声技术和吸声技术等。
2. 噪声传播控制噪声传播控制是指通过隔音墙、隔音材料等手段，阻止噪声的传播，减少噪声对周围环境的影响。
3. 噪声接收设备控制噪声接收设备控制是指通过使用噪声接收设备，如耳机、耳塞等，将噪声降到可接受范围内，减少对人体的影响。
机械设计中的振动与噪声控制
机械设计中的振动与噪声控制在机械设计领域，振动与噪声控制是一项非常重要的技术，它直接关系到机械设备的稳定性、安全性和工作效率。
本文将介绍振动与噪声的来源、影响以及常用的控制方法，并讨论其在机械设计中的应用。
一、振动的来源和影响1.1 振动的来源振动是指物体在运动过程中产生的周期性变化。
在机械设备中，振动的来源主要包括以下几个方面：（1）不平衡：由于工艺、材料或制造的原因，机械设备的质量分布不均匀，导致转子在高速旋转时产生不平衡力，引起振动。
（2）谐振：当机械设备运行频率接近其固有频率时，会产生共振现象，导致振动加剧。
（3）传动系统：传动系统中的齿轮、皮带等元件存在间隙和不匀称等问题，引起振动。
1.2 振动的影响振动对机械设备会产生以下几方面的影响：（1）降低工作效率：振动会导致机械设备的部件磨损加剧，进而引起零部件间的间隙变大，降低了机械设备的工作效率。
（2）加大能耗：振动会使机械设备的摩擦阻力增大，使能耗增加。
（3）噪声污染：振动引起的共振和机械碰撞会产生较大的噪声，对操作人员和周围环境造成干扰和污染。
二、振动与噪声控制方法2.1 被动控制方法被动控制方法是通过改变结构和材料来减小振动和噪声。
（1）结构优化：在机械设计中，可以通过优化结构设计来减小振动。
例如，在转子的设计中，采用加强结构的方法可以改善转子的刚度分布，减小振动幅度。
（2）材料选择：合理选择材料对振动和噪声的控制也起到重要作用。
例如，采用高强度、低密度的材料可以减小结构的质量，降低振动和噪声。
2.2 主动控制方法主动控制方法通过控制系统对振动和噪声进行实时监测和调整。
（1）振动传感器：通过安装振动传感器在关键位置，实时监测机械设备的振动情况。
（2）控制系统：通过控制系统对振动进行实时调整，可以采取适当的措施减小振动幅度。
例如，可以通过调整电机的转速、改变结构的固有频率等方式来实现振动控制。
2.3 被动与主动结合的混合控制方法被动控制和主动控制方法的结合可以更好地控制振动和噪声。
机械设计基础振动和噪声控制
机械设计基础振动和噪声控制振动和噪声是机械设计中需要重点关注的问题，对于许多机械设备和结构来说，控制振动和噪声不仅可以提高其性能和使用寿命，还可以保证操作者的安全和舒适度。
本文将从基础的角度介绍机械设计中振动和噪声的控制方法。
一、振动的基本概念在机械系统中，因为某种激励作用或固有特性，导致物体或结构发生周期性的运动称为振动。
振动可分为自由振动和受迫振动。
自由振动指物体在没有外力作用下，由于初位移或初速度产生的振动。
受迫振动则是由于外力激励导致的振动。
振动通常会引起噪声，因此控制振动也就间接控制了噪声。
二、振动的影响振动对机械设备和结构会产生不同的影响，主要包括以下几个方面：1. 动态稳定性：振动会导致机械系统失去稳定状态，从而无法正常工作。
2. 疲劳损伤：长期振动会使机械设备和结构发生疲劳破坏，降低其使用寿命。
3. 噪声：振动产生的噪声会对人体健康和工作环境造成影响。
三、振动和噪声的控制方法为了控制振动和噪声，可以采取不同的措施。
下面将介绍一些常用的方法：1. 合理的结构设计：在机械设计的初期阶段，应考虑结构的自然频率和模态形式，避免共振现象的出现。
合理的结构设计可以降低振动和噪声的产生。
2. 减振和隔振措施：在机械设备和结构中采取减振和隔振措施，如使用减振器、隔振垫、减振弹簧等，可以有效降低振动传递和噪声的辐射。
3. 控制激励源：减小外力激励对机械系统的影响，可以通过改善设备的运行平稳性、减少不平衡度和机械共振等方式来实现。
4. 优化设计参数：通过优化设计参数，如减小齿轮传动的啮合间隙、改变连接件的布局方式等，可以降低振动和噪声的产生。
5. 使用吸声材料：在机械设备和结构中使用吸声材料，可以降低噪声的反射和传播，提高工作环境的噪声控制水平。
四、振动和噪声控制的挑战振动和噪声控制是一个复杂而挑战性的问题，需要综合考虑振动传递途径、结构特性、激励源等多个因素。
此外，不同的振动和噪声控制方法可能会存在一定的局限性和成本考虑。
机械设计中的机械振动与噪声控制
机械设计中的机械振动与噪声控制机械振动与噪声是机械设计中一个重要的考虑因素，对于提高机械设备的可靠性、减少能量损失、改善工作环境等方面都有着重要意义。
本文将探讨机械振动的成因、测量与分析方法，以及噪声控制的一些常见手段。
一、机械振动的成因机械振动的成因主要有以下几个方面：1. 动力源的激励：如电机、发动机等的不平衡、不稳定运动会产生振动。
2.不平衡质量：机械旋转部件的不平衡质量会导致产生振动。
3.机械结构的松散：机械结构的连接件、零部件的松动也是引起振动的原因之一。
4.共振效应：当机械系统的固有频率与激励频率相近时，会出现共振效应，使振幅大幅度增加。
二、机械振动的测量与分析方法为了了解和控制机械振动，工程师需要进行测量与分析。
以下是常用的振动测量与分析方法：1.加速度传感器：通过安装加速度传感器测量机械设备的振动加速度，并将信号转化为电信号供分析使用。
2.频谱分析：将振动信号通过傅里叶变换，得到不同频率下的幅值信息。
通过频谱分析，可以了解机械系统的频率分布情况。
3.模态分析：模态分析是通过分析机械结构的振型和固有频率，识别出结构的敏感频率，以便进行优化设计。
三、噪声控制的常见手段噪声是不希望的声音，会给人们的生活和工作带来压力和困扰。
因此，在机械设计中，噪声控制也是非常重要的。
以下是几种常见的噪声控制手段：1.隔离控制：通过使用隔离材料或减震装置将振动与声音传递到周围环境的能量降到最低。
2.吸音控制：通过安装吸音材料，如泡沫板、吸音石膏板等，来减少声音的反射和传播，从而减少噪声。
3.降噪设计：通过优化机械结构和机械部件的设计，减少共振效应和噪声的产生。
4.使用低噪声材料：在机械设计中，选择低噪声材料可以有效降低噪声的产生。
四、结论机械振动与噪声控制在机械设计中具有重要地位。
了解振动的成因，以及掌握测量与分析的方法，能够帮助工程师改善机械设备的性能和可靠性。
而合理的噪声控制手段能够提高工作环境的舒适性和安静度。
机械振动与噪声控制
• 常见声源
声一般都是由于物体的振动而产生的。凡能产生声的
振动物体统称为声源。所谓声源的振动就是物体在 其平衡位置附近进行的往复运动。
1) 球面声源
一个表面均匀胀缩的脉动球面声源，即其球面沿半径方向作同振幅、 同相位的振动，球面振动速度为ua，则在离球心r处向外辐射的 声压可以写为方程。
当ka<<1，即声波波长远大于声源半径a时,有：
p(r,t) p e A j(tkr) ck Qe j(tkr)
r
4r
Q=sua=4pa2ua 称为声源强度。
2) 偶极子声源
p p e p e A j(tkr1 )
A j (tkr2 )
r1
r2
当两个点声源相距很近：
偶极子声源
p pA e j(tkr) (2 j sin kl cos )
• 计权声级
由于人的感觉受到频率的影响，为了使声音的量度和人 的听觉一致，在测试过程中对信号进行了模拟人耳的滤 波，该滤波称为计权，根据频响特性的不同，计权分为 A计权、B计权、C计权和D计权等
D计权常用于航空噪音的测量。A计权的频率响应 与人耳对宽频带的声音灵敏度相当，目前被广泛 应用为评价参量。
率。
2.3.2响度级，等响曲线和响度
• 人耳能接收声波的频率大约在20Hz到20kHz
• “响”与“不响” 这种感觉同声波的强度和频率密切 相关。相同声压级单频率不同的声波，人耳听起来会 不一样。为了定量描述声音的这种特性，通常采用 1000Hz纯音为标准，定义其声压为响度级，其符号是 LN，单位为“方”（phon）。其它频率的声音响度级 通过与1000Hz纯音相比较来确定。
r
2
3) 线声源
p2
机械振动与噪声控制
机械振动与噪声控制机械振动是指机械系统在运行或工作时所产生的振动现象。
这种振动不仅会对机械系统本身造成损坏，同时还会产生噪声，对周围环境和人体健康产生不良影响。
因此，控制机械振动与噪声已经成为了现代工程中的重要任务。
一、机械振动的分类机械振动可以分为自由振动和强迫振动两类。
1. 自由振动自由振动是指机械系统在无外界力的情况下，受到初始条件的激励而开始振动。
典型的例子包括钟摆和弹簧振子。
自由振动的特点是振动幅值逐渐减小，直至系统停止。
2.强迫振动强迫振动是指机械系统受到外界力的激励而产生的振动。
外界力的频率通常与机械系统的固有频率不同。
强迫振动的特点是振幅不断增加，直至达到稳定状态。
二、振动与噪声的关系机械振动与噪声密切相关。
振动会产生噪声，而噪声又会引起机械振动。
1. 振动产生噪声机械振动会使机械系统中的零部件发生相对运动，从而引起摩擦和碰撞，产生噪声。
振动频率与噪声频率之间存在着密切的关系。
2. 噪声引起振动噪声是指人耳能听到的声波。
当噪声作用于机械系统时，会在系统内部产生压力波和空气振动，进而引起机械系统产生振动。
三、机械振动与噪声控制方法为了减少机械振动与噪声对环境和人类健康的影响，需要采取相应的控制方法。
1. 主动控制方法主动控制方法是指通过施加外部控制力或调节机械系统的参数，使机械系统的振动幅值和噪声水平降低。
常用的主动控制方法包括主动隔振和振动补偿技术。
主动隔振是通过在机械系统中增加振动传感器和执行器，利用反馈控制的方法实现对机械振动的抑制。
振动补偿技术是利用控制器对机械振动进行预测和补偿，从而减少振动幅值。
2. 被动控制方法被动控制方法是指通过结构设计和材料选择等手段来改善机械系统的振动特性和噪声水平。
常用的被动控制方法包括隔音与隔振、材料振动控制和结构优化。
隔音与隔振是利用隔振材料和隔音材料将机械系统与周围环境分离，从而减少振动和噪声的传递。
材料振动控制是通过选择合适的材料和改变材料的结构来控制振动幅值。
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6. 室式消声器
? 优点：消声频带较宽， 消声量较大。
? 缺点：阻力损失较大， 占用空间也大，一般适 用于低速进排风消声。
7. 迷宫式消声器
? 优点：可用于流量大、流速低，要求消声量高的 情况。
? 缺点：气流速度不能过大，否则产生的阻力损失 较大。
8. 盘式消声器
? 优点：阻损小，体积小，重量轻、安装简便 ? 用于锅炉鼓风机进风口消声、各类风机进风口或管道开口
D
?
10 lg???1?
1 4
(m ?
1 m
)2
? ??
当kl ? n?时， 即l ? n? / 2(n ? 0,1,2....)时，
sin kl ? 0
D?0
b.改善消声特性的方法： 多节扩张室串联
b.改善消声特性的方法： 在扩张室内插入内接管
c.上、下限截止频率：
c fu ? 1.22 deq
流速较大，洁净要求较高的条件有优势。
?对低频噪声有较好的效果。
常用抗性消声器的类型
?1.扩张室式消声器 ?2.共振式消声器 ?3.干涉式消声器
1. 扩张室式消声器
? 利用管道横断面的扩张和收缩引起的反射和干涉现 象进行消声。
1. ? 10lg
l: 消声器长度， S：消声器截面积
2. 阻性消声器的优缺点
优点：在较宽的中、高频范围内消声，特别是 对刺耳的高频声消声效果明显。 缺点： ?在高温、高速、含水蒸汽、含尘、含油以及
对吸声材料有腐蚀性的气体中寿命短，消声 效果差； ?对低频噪声消声效果不理想。
3.高频失效频率
c
fu
?
1.85 deq
4. 声流式消声器
?优点：可达到高消声、低阻损的要求，阻力系数介 于片式和折板式消声器之间，适用于大断面流通管 道。
?缺点：加工复杂，造价较高。
5. 蜂窝式消声器
? 优点：中、高频消声效 果好，可根据不同的适 应范围，设计单元结构。
? 缺点：阻力损失较大， 阻力系数一般在1-1.5之 间，用于风量较大、流 速较低的情况。
9.1.2 空气动力学性能 —阻力损失
a.局部阻力损失
He
?
??
u2 2
b.摩擦阻损:是由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产
生的阻力损失。
Hf
? ??
l u2 D2
9.1.3 结构性能
材料坚固、耐用； 体积小、重量轻； 结构简单、便于加工、使用、价格便宜。
消声器的基本要求
? 声学性能 ? 空气动力性能 ? 结构机械性能 ? 外观要求 ? 价格要求
t ? 0.8d 4(t ? 0.8d )
2S
2. 共振式消声器
2. 共振式消声器
? 某一频带内共振时的消声量：
端。隔声罩、室顶部的散热消声器风口。
9. 弯头式
?优点：结构简单、体积 小，占地少，在通风空 调工程中应用普遍
?缺点：较大的压力损失
应用实例:某型号风机，风量为40m3/min ，进气管口直径为200mm ，
距进气口3m处测得的噪声频谱如表。要求消声后在距进气口 3m处达 到NR90，试对进气口作阻性消声器设计。
9.2 消声器的分类和消声机理
阻性消声器
抗性消声器
消
声
微穿孔板消声器
器 有源消声器
扩散性消声器
9.2.1 阻性消声器
?1.消声机理：内设吸声材料或结构
一维公式：
D
?
?
??
0
?L
S
l
经验公式（无规入射）： D ? 1.03(? )1.4 L l
S
? ?? 0 ? :消声器的消声系数
L :消声器横截面铺设吸声材料的边长总和， m
c—声速，m/s； deq—消声通道的等效直径，m
4.常用阻性消声器的类型
?1. 直管式 2.片式
3.蜂窝式
?4.折板式 5. 声流式 6.室式
?7.迷宫式 8.盘式
9.弯头式
2. 片式消声器
?优点：结构不复杂，中、高频消声效果好， 阻力系数较小。
3. 折板式消声器
?优点：适用于压力和噪声较高的设备。 ?缺点：大大增加了阻力损失。
104
8000
94
95
92
90
87
86
84
9
23
26
21
18
10
20
20
20
20
20
20
0.86
0.89
1.00
0.88
0.75
0.45
1.1
1.3
1.3
1.2
1.2
1.1
0.78
0.86
0.85
0.83
0.80
0.78
9.2.2 抗性消声器
不使用吸声材料，依靠管道截面的突变或旁接 共振腔，通过声波的反射、干涉降低声能量。 优点： ?不需要使用多孔吸声材料，耐高温、抗潮，
消声器
锅炉烟囱消声器 汽车消声器
Chapter 9 消声器
?9.1 消声器性能评价 ?9.2 消声器的分类和消声机理 ?9.3 消声设计
9.1 消声器性能评价
?9.1.1 声学性能 ?9.1.2 空气动力性能 ?9.1.3 结构性能
9.1.1 声学性能
1.插入损失 2.传递损失 3.传递声压级差 4.插入声压级差
序 号
项目
63 125
进气口噪声
1
/dB
109 112
降噪要求
2
/NR90
107 100
3 消声量/dB
2
12
4
L/S
20
20
5 消声器长度/m 0.25 0.86
6
Φ (α0)
0.4
0.7
7
α0
0.03 0.52
倍频程中心频率 /Hz 250 500 1000 2000
104
115
116
108
4000
fl
?
c
?
S1 2Vl1
2. 共振式消声器
?利用共振吸声原理进行吸声。
优点：适用于低中频频段 缺点：消声频带窄
2. 共振式消声器
a.消声量的计算： 对频率为f 的声波的消声量为：
?
?2
?
D
?
10
lg?1 ?
?
?f
fr ? fr
f
?2
? ?
fr
?
c
2?
GV
G ? nS0 ? n? d 2 , ? ? GV
?I
? 10lg
???1 ?
1 (m ? 4
1 m
)2
sin
2
kl
? ??
m ? S2 / S1, 称为抗性消声器的扩张比。
l : 消声器的长度
k,波数，k ? 2? ?
当kl ? ?2n ? 1?? / 2时，
即l ? (2n ? 1)? / 4(n ? 0,1,2....)时，sin kl ? 1
1.插入损失 Di
插入损失：系统中插入消声器前后管道出口端噪声 的声功率级之差，单位分贝。
2.传递损失Dt
传递损失：消声器进口端声功率级与出口端声 功率级之差。
3. 传递声压级差 Dtp
消声器进口端面测得的平均声压级与出口端 测得的平均声压级差。
4. 插入声压级差 Dip
安装消声器前后在同一点测得的声压级差或 同一小块面积得到的平均声压级差。