第五章 三環(huán)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(huán)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(huán)減速機理論模型進行動態(tài)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(huán)減速器噪聲發(fā)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(xù)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(tài)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(guī)律。
                        根據介質連續(xù)性假設,三環(huán)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(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,我們就達到了對三環(huán)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(huán)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(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)分析模塊進行系統(tǒng)響應計算了。
					  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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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% | 
                          
                          
                            | 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(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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