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劉海江 博士——三環減速器振動與噪聲分析研究 
來源:減速機信息網    時間:2007年7月6日16:55  責任編輯:wangtao   
 

第五章 三環減速器振動與噪聲預估值分析與計算
§5-1 引言
在第三章中我們建立了三環減速器的數學模型,并對其理論建模進行了分析和計算,在第四章中我們又分析計算了Ⅱ子模型在各種工況下所受的激勵力,這樣我們就可以對三環減速機理論模型進行動態特性及響應計算了。主要計算Ⅱ子模型表面的振動速度用于表征、三環減速器噪聲發射的預估值。
§5-2 振動與噪聲
噪聲來源于振動。運動著的機械必然產生振動,而機械噪聲大部分是由于工程機械的振動而輻射的。
在對聲場作出如下兩點假設:
1、假設聲場介質是理楊的流體介質。所謂的理想是認為介質運動過程中沒有能量損耗。
2、假設介質是連續的。在討論場中流體介質運動時,只考慮介質分子運動的平動特性,而不考慮分子的單獨運動。
這樣,我們就可以得出靜止介質中小振幅聲中介質的運動方程為:

式中:u(x,y,z,t)——介質質點的振速分布函數;
p(x,y,z,t)——介質質點壓力分布函數;
Po(x,y,z,t)——介質g靜態密度分布函數;
其中(x,y,z)為坐標值,t為時間,在介質為均勻時,Po為常數。
上式表征了振速與聲壓間關系。換句話說,我們也可以用介質中的振速來表征噪聲的大小及規律。
根據介質連續性假設,三環減速器表面的振速就是與它相近的鄰近介質(空氣)的振動速度。這樣,在近場中測量噪聲值時,我們就可以用三環減速器箱體——Ⅱ子模型表面有振動速度來表示。
在第三章中我們已建立了三環減速器箱體的理論模型,在第四章中我們又計算了各種工況下,Ⅰ子模型對Ⅱ子模的激勵X(ω)的大小,這樣我們就可以使用SUN工作站上I—DEAS軟件中動態分析軟件來計算Ⅱ子模型表面的振動速度。
這樣,我們就達到了對三環減速器進行振動噪聲值預估的目的。
振動速度級:

式中:V——速度均方根值或峰值,單位mm/s;
Vo——參考電平,Vo=5×10-5mm/s
聲壓級:

式中:P——聲壓,單位Pa;
Po——2×10-5Pa
聲強級:

式中:I——聲強;
IO=10-12W/m2
再振動速度級表征振動所產生的噪聲的聲壓級,這兩者的關系是:振動速度級若降低若干分貝。因此,若已知振動的表面的振動速度級后,即可明確該振動所產生的噪聲的聲壓極,進而就可以計算出噪聲的聲強及聲功率。
§5-3 三環減速噪聲振動速度級預估值計算
在第三章中我們建立并求解了SHQ40三環減速器的理論模型,在第四章我們又通過試驗的方法分析求解了SHQ40在四種工況下的激勵源的載荷譜,(如圖4-11、圖4-12、圖4-13及圖4-14所示,這樣我們就可以將載荷加在理論模型上,在SUN工作站上使用I——DEAS軟件的系統動態分析模塊進行系統響應計算了。
如圖6-4所示,我們將載荷沿X向加在SHQ40三環減速器箱體的理論模型的輸入軸承座孔處對振動系統進行激勵,然后沿Z向計算分析點2點5和點8的振動速度。
在如圖4-11和1000rpm-100kgm工況下的載荷譜的激勵作用下,SHQ40振動系統測點2、5、8Z向的振動速度的幅值譜函數如圖5-1、圖5-2、圖5-3和圖5-6為其相應的時域波形。振動速度預度估值與試驗實測值(如表6-10)的對比如表5-1的工況一。
在如圖4-12的1000r/m-250kgm工況下的載荷譜的激勵作用下,SHQ40振動系統濁點2、5、8Z向的振動速度的幅值譜函數如圖5-7、圖5-8、圖5-9所示。圖5-10、圖5-11和圖5-12為其相應的時域波形。振動速度預估值與試驗實測值(如表6-11)的對比見表5-1所示的工況二。
在如圖4-13的1000rm-3350kgm工況下的載荷譜的激勵作用下,SHQ40振動系統測點2、5、8Z向振動速度的幅值譜函數如圖5-13、圖5-14和圖5-15所錄,圖5-16、圖5-17和圖5-18為其相應的時域波形。振動速度的預估值與試驗的實測值(如表6-12)對比見表5-1所示的工況三。
在如圖4-14的1000rm-400kgm工況下的載荷譜的激勵作用下,SHQ40振動系統測點2、5、8Z向的振動速度的幅值函數如圖5-19、圖5-20和圖5-21所錄,圖5-22、圖5-23和圖5-24為其相應的時域皮形。振動速度的預估值與試驗的實測值(如表6-13)對比見表5-1所示的工況四。
表5-1 SHQ40振動速度級對比表

工況 測點 VrmsE LVE Vrmso LVC 誤差%
2Z
5Z
8Z
-
-
7.725
-
-
103.78
3.46
6.92
7.76
86.80
102.82
103.82
-
-
0.04
2Z
5Z
8Z
4.255
7.870
8.802
88.60
103.94
104.91
4.41
8.39
8.81
88.91
104.50
104.92
0.35
0.54
0.01
2Z
5Z
8Z
4.277
-
9.093
88.64
-
105.19
4.78
9.08
9.41
89.61
105.18
105.49
1.09
-
0.29
2Z
5Z
8Z
5.684
9.780
10.257
101.11
105.83
106.24
5.71
10.28
10.71
101.15
106.28
106.62
0.04
0.41
0.36

表中,Vrmse是振動速度測驗實測值的均方根值,如表6-10、表6-11、表6-12和表6-13中數值決定,單位為mm/s;LVE為VrmsE的振速級,由式(5.2)計算,單位dB;VrmsC為振動速度計算預估值,由圖5-1~圖5-24計算而來,單位為mm/s;LVC為Vrmsc的振速級,由式(5-2)計算,單位dB。
誤差由式(5.5)計算:

圖5-1

圖5-2

圖5-3

圖5-4

圖5-5

圖5-6

圖5-7

圖5-8

圖5-9

圖5-10

圖5-11

圖5-12

圖5-13

圖5-14

圖5-15

圖5-16

圖5-17

圖5-18

圖5-19

圖5-20

圖5-21

圖5-22

圖5-23

圖5-24

從表中可以得出以下規律:
1、輸入軸端的振速級大于輸出端的振速級;
2、隨載荷增加,振速級加大;
3、振速級的預估計算值與試驗值誤差較小,計算值精度足夠,且偏于安全;
4、振速級超標,換句話說SHQ40減速器的振動噪聲值超標,標準值最大為90dB。

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