電子設(shè)備振動(dòng)和噪聲的成因和解決方法
噪聲來(lái)源于振動(dòng)解決好了振動(dòng)問(wèn)題噪聲問(wèn)題也會(huì)迎刃而解所以本文表面是探討振動(dòng)和噪聲兩個(gè)問(wèn)題其實(shí)是同一個(gè)問(wèn)題。
振動(dòng)的兩個(gè)基本指標(biāo)是振幅和頻率解決振動(dòng)問(wèn)題就圍繞著這兩個(gè)概念展開(kāi)要么降低振幅要么調(diào)整振動(dòng)頻率點(diǎn)。
頻率可分為固有頻率Wn和激勵(lì)頻率W固有頻率源于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征由質(zhì)量、質(zhì)量分布、質(zhì)心位置、剛度等多個(gè)因素和多個(gè)因素間的相互作用所確定。固有頻率計(jì)算公式為（公式1）k是物體的剛度m是物體的質(zhì)量。激勵(lì)源的頻率點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)固有頻率Wn。當(dāng)Wn=W的時(shí)候就發(fā)生了諧振諧振時(shí)候的振幅最大。
公式1：Wn=（k/m開(kāi)平方）；
公式2：W/Wn>1.414；
當(dāng)頻率比（公式2）即進(jìn)入隔振區(qū)使振動(dòng)傳遞系數(shù)小于1才有減振和隔振效果。在機(jī)械質(zhì)量m已確定的情況下降低其可降低固有頻率。
若Wn<< />既增大衰減率又遠(yuǎn)離“共振區(qū)”。例如當(dāng)阻尼比<0.1頻率比為3.6時(shí)就可衰減90%的振幅。
有了以上的理論基礎(chǔ)下面是幾個(gè)基于上面理論的解決辦法。
1從振動(dòng)發(fā)生源上處理
從振動(dòng)源上處理：既然是激勵(lì)頻率落進(jìn)了1.414Wn的范圍內(nèi)那就想辦法使激勵(lì)頻率提高常見(jiàn)辦法有：
如果是步進(jìn)電機(jī)就對(duì)步數(shù)細(xì)分通過(guò)細(xì)分改驅(qū)動(dòng)脈沖的步進(jìn)頻率加倍使步與步之間的差距縮�。�
如果有減速器、傳送帶、傳送齒輪就通過(guò)改變主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的半徑比值改變傳動(dòng)比這樣被驅(qū)動(dòng)的終端要想保持原來(lái)的速度主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速勢(shì)必要加快轉(zhuǎn)速和激勵(lì)頻率成正比例激勵(lì)頻率提高后面的震動(dòng)感應(yīng)固有頻率未變兩個(gè)頻率錯(cuò)開(kāi)震動(dòng)自然減弱；
2從振動(dòng)傳遞路徑上處理
如果振動(dòng)源是不可避免的那就在傳遞路徑上加隔振措施處理從原理上看剛性越強(qiáng)解決辦法如下：
傳動(dòng)軸用彈性聯(lián)軸器這樣避免了軸和軸不同心的轉(zhuǎn)動(dòng)下力矩傳遞不受損失且軸和軸不對(duì)心而帶來(lái)的相互周期性剛性位移也可改觀這種周期性相對(duì)位移是震動(dòng)和噪聲的根源；
傳動(dòng)之間用皮帶輪柔性連接振動(dòng)源與支撐件基座間加緩沖減震材料或裝置；
彈簧懸掛振動(dòng)源對(duì)緩沖減震很有作用但會(huì)有三個(gè)問(wèn)題需要克服一是啟停時(shí)機(jī)器會(huì)抖動(dòng)二是不能傳遞力矩因?yàn)閺椈杀旧硎遣荒軅鬟f扭矩的三是運(yùn)輸時(shí)要考慮固定裝機(jī)后還要拆去比較麻煩；
設(shè)計(jì)導(dǎo)振措施把振動(dòng)導(dǎo)走振動(dòng)仍在，設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)但離我們較遠(yuǎn)了。常見(jiàn)的是大發(fā)電機(jī)在固定在地面的時(shí)候在基座四周挖溝孤零零的形成一個(gè)溝里的地樁振動(dòng)從地下傳出去到了樓房的時(shí)候再通過(guò)樓房地基往上返會(huì)把振動(dòng)減弱好多。
3對(duì)振動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)的處理
振動(dòng)源解決不了傳播路徑解決不了或者解決成本太高可以在受震動(dòng)點(diǎn)改進(jìn)雖然這個(gè)辦法不是首選具體的方法如下：
在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的情況下選用低剛度材料制作構(gòu)件（特別是制作支承件）是一種減振的有效途徑。Wn降低遠(yuǎn)離了激勵(lì)源頻率W；對(duì)自行式機(jī)械將剛性懸掛改為彈性懸掛；對(duì)固定設(shè)備將彈性件、阻尼件和質(zhì)量件構(gòu)成串和并聯(lián)、先串后并或先并后串等多種形式組合系統(tǒng)的彈性支承裝置都能按照我們的預(yù)定要求使系統(tǒng)的等效剛度低于原有的剛度從而達(dá)到減振的目的。
加重固定基座的質(zhì)量降低固有頻率點(diǎn)；
注意單純依靠降低剛度、降低固有頻率來(lái)提高減振性能有時(shí)并不可取。一是隨著剛度的降低系統(tǒng)設(shè)備的靜態(tài)位移也會(huì)增加會(huì)使空間布置、彈性尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。二是對(duì)于不同工作要求的設(shè)備通常有一個(gè)最低剛度的限制值尤其是有力矩傳遞、力傳遞的時(shí)候單純降低剛度也不是辦法。
另外可以實(shí)施結(jié)構(gòu)的合理布局分析預(yù)計(jì)到產(chǎn)品使用中將處于既有豎向振動(dòng)又有俯仰角振動(dòng)等耦合振型時(shí)注意結(jié)構(gòu)的合理性質(zhì)量對(duì)稱(chēng)分布的可能性并確定出振幅為零點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的“節(jié)點(diǎn)”，以便對(duì)振動(dòng)敏感的機(jī)械儀表、儀器或駕乘操作者坐椅能設(shè)置在“節(jié)點(diǎn)”或其附近。
4共鳴空腔的處理
有時(shí)候會(huì)遇到一種情況把機(jī)器裝起來(lái)噪聲很大但振動(dòng)幅度也不是很大把機(jī)器拆開(kāi)噪聲明顯減小這個(gè)現(xiàn)象是共鳴共鳴的產(chǎn)生是類(lèi)似音箱效果的共振處理的辦法是把空腔破壞掉空腔內(nèi)的傳播介質(zhì)是空氣在空腔中波動(dòng)空氣波激勵(lì)機(jī)殼產(chǎn)生輕微振動(dòng)尤其是對(duì)開(kāi)模具的注塑殼殼內(nèi)有電機(jī)等傳動(dòng)裝置時(shí)容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。
針對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理實(shí)施反向工程設(shè)計(jì)破壞其空腔和空氣震動(dòng)傳播的路徑破壞殼體薄壁的震動(dòng)解決的辦法是在機(jī)箱中加空氣隔板或海綿擋住空氣的震動(dòng)傳播；另外是在殼體上加筋使殼體的剛性增強(qiáng)，這樣即使有震動(dòng)空氣傳到壁上也不會(huì)產(chǎn)生殼體的微小變形產(chǎn)生震動(dòng)進(jìn)而成為共鳴。
5注意的問(wèn)題
通過(guò)調(diào)整頻率點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)減震時(shí)機(jī)器啟停的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)瞬間加速或減速這樣激勵(lì)頻率會(huì)經(jīng)過(guò)固有頻率點(diǎn)例如步進(jìn)電機(jī)支撐機(jī)構(gòu)固有頻率10Hz步進(jìn)電機(jī)的頻率100Hz正常工作狀態(tài)下100Hz的激勵(lì)頻率肯定不會(huì)引起共振但啟動(dòng)時(shí)得經(jīng)歷0Hz—10Hz—100Hz這樣的過(guò)程停機(jī)時(shí)得經(jīng)歷100Hz—10Hz—0Hz的過(guò)程所以會(huì)出現(xiàn)啟停過(guò)程的震動(dòng)如果機(jī)器設(shè)計(jì)要求較高不能不考慮這個(gè)影響。
振動(dòng)規(guī)律表明具有多種振動(dòng)多種振型并且總是以最低的固有頻率所對(duì)應(yīng)的振型為主。在既有豎向振動(dòng)又有俯仰振動(dòng)的耦合振型時(shí)為避免產(chǎn)生劇烈的俯仰振動(dòng)（因人和設(shè)備對(duì)俯仰振動(dòng)耐受力更低破壞性更大）在激勵(lì)頻率W、俯仰角振動(dòng)固有頻率Wn1.和豎向振動(dòng)固有頻率Wn2之間使W>Wn1>Wn2成立實(shí)踐證明有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。
設(shè)備的彈性支承能實(shí)現(xiàn)震動(dòng)隔離但布置不當(dāng)則易引起耦合振動(dòng)。當(dāng)彈性支承對(duì)稱(chēng)布置于設(shè)備的四個(gè)角處當(dāng)質(zhì)心處于受到豎向干擾力作用時(shí)設(shè)備只作豎向方向振動(dòng)并不會(huì)引進(jìn)其他型式的振動(dòng)當(dāng)干擾力大小位置不變彈性支承各頂點(diǎn)與質(zhì)心幾乎在同一平面但是由四個(gè)彈性支承沿縱向布置不對(duì)稱(chēng)時(shí)設(shè)備會(huì)伴隨豎向作上、下振動(dòng)的同時(shí)還作沿質(zhì)心橫軸的俯仰振動(dòng)。這種多個(gè)方向同時(shí)發(fā)生的振動(dòng)稱(chēng)為耦合振動(dòng)。如果在沿橫軸方向的支承布置也不對(duì)稱(chēng)那么就會(huì)引起共振型同時(shí)出現(xiàn)的耦合振動(dòng)。多一種振型就多一個(gè)固有頻率也就多了一次引起共振的機(jī)會(huì)。這對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不利也使彈性支承裝置的設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)很多的困難。
激勵(lì)頻率的產(chǎn)生一是來(lái)自自身一是來(lái)自外界。自身的激勵(lì)頻率在多數(shù)工況下要么是工作任務(wù)要求所確定的（如在某一確定的轉(zhuǎn)速下工作）要么是隨機(jī)的無(wú)法控制的（如自行式設(shè)備由地面不平引起的激振）。由于旋轉(zhuǎn)的不平衡會(huì)使旋轉(zhuǎn)機(jī)械形成故障例如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子煙氣粉塵粘在葉片上引起風(fēng)機(jī)的不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)在工藝上過(guò)濾粉塵、烘干等措施都可以削減振動(dòng)。
以上是震動(dòng)和噪聲的常見(jiàn)問(wèn)題和解決思路再有高深的就得找振動(dòng)測(cè)試儀實(shí)地測(cè)一下確認(rèn)頻率和振幅順藤摸瓜逐步往外延伸測(cè)量跟蹤到振動(dòng)源然后再分析找到在哪個(gè)環(huán)節(jié)解決問(wèn)題的簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的辦法。
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