第五章 三環(huán)減速器振動與噪聲預(yù)估值分析與計算
§5-1 引言
在第三章中我們建立了三環(huán)減速器的數(shù)學(xué)模型，并對其理論建模進(jìn)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(huán)減速機(jī)理論模型進(jìn)行動態(tài)特性及響應(yīng)計算了。主要計算Ⅱ子模型表面的振動速度用于表征、三環(huán)減速器噪聲發(fā)射的預(yù)估值。
§5-2 振動與噪聲
噪聲來源于振動。運(yùn)動著的機(jī)械必然產(chǎn)生振動，而機(jī)械噪聲大部分是由于工程機(jī)械的振動而輻射的。
在對聲場作出如下兩點(diǎn)假設(shè)：
1、假設(shè)聲場介質(zhì)是理楊的流體介質(zhì)。所謂的理想是認(rèn)為介質(zhì)運(yùn)動過程中沒有能量損耗。
2、假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)的。在討論場中流體介質(zhì)運(yùn)動時，只考慮介質(zhì)分子運(yùn)動的平動特性，而不考慮分子的單獨(dú)運(yùn)動。
這樣，我們就可以得出靜止介質(zhì)中小振幅聲中介質(zhì)的運(yùn)動方程為：
式中：u（x，y，z，t）——介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振速分布函數(shù)；
p（x，y，z，t）——介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)壓力分布函數(shù)；
Po（x，y，z，t）——介質(zhì)g靜態(tài)密度分布函數(shù)；
其中（x，y，z）為坐標(biāo)值，t為時間，在介質(zhì)為均勻時，Po為常數(shù)。
上式表征了振速與聲壓間關(guān)系。換句話說，我們也可以用介質(zhì)中的振速來表征噪聲的大小及規(guī)律。
根據(jù)介質(zhì)連續(xù)性假設(shè)，三環(huán)減速器表面的振速就是與它相近的鄰近介質(zhì)（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(huán)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(huán)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(tài)分析軟件來計算Ⅱ子模型表面的振動速度。
這樣，我們就達(dá)到了對三環(huán)減速器進(jìn)行振動噪聲值預(yù)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(qiáng)級：
式中：I——聲強(qiáng)；
IO=10-12W/m2
再振動速度級表征振動所產(chǎn)生的噪聲的聲壓級，這兩者的關(guān)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(chǎn)生的噪聲的聲壓極，進(jìn)而就可以計算出噪聲的聲強(qiáng)及聲功率。
§5-3 三環(huán)減速噪聲振動速度級預(yù)估值計算
在第三章中我們建立并求解了SHQ40三環(huán)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(tǒng)動態(tài)分析模塊進(jìn)行系統(tǒng)響應(yīng)計算了。
如圖6-4所示，我們將載荷沿X向加在SHQ40三環(huán)減速器箱體的理論模型的輸入軸承座孔處對振動系統(tǒng)進(jìn)行激勵，然后沿Z向計算分析點(diǎn)2點(diǎn)5和點(diǎn)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(tǒng)測點(diǎn)2、5、8Z向的振動速度的幅值譜函數(shù)如圖5-1、圖5-2、圖5-3和圖5-6為其相應(yīng)的時域波形。振動速度預(yù)度估值與試驗實(shí)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(tǒng)濁點(diǎn)2、5、8Z向的振動速度的幅值譜函數(shù)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(yīng)的時域波形。振動速度預(yù)估值與試驗實(shí)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(tǒng)測點(diǎn)2、5、8Z向振動速度的幅值譜函數(shù)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(yīng)的時域波形。振動速度的預(yù)估值與試驗的實(shí)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(tǒng)測點(diǎn)2、5、8Z向的振動速度的幅值函數(shù)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(yīng)的時域皮形。振動速度的預(yù)估值與試驗的實(shí)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(diǎn) |
VrmsE |
LVE |
Vrmso |
LVC |
誤差% |
| 一 |
2Z
5Z
8Z |
-
-
7.725 |
-
-
103.78 |
3.46
6.92
7.76 |
86.80
102.82
103.82 |
-
-
0.04 |
| 二 |
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 |
| 三 |
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 |
| 四 |
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(shí)測值的均方根值，如表6-10、表6-11、表6-12和表6-13中數(shù)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(yù)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(guī)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(yù)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(biāo)，換句話說SHQ40減速器的振動噪聲值超標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)值最大為90dB。
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