机械工程中的噪声控制与振动抑制技术研究

摘要：本文深入探讨了机械工程中噪声控制与振动抑制技术的原理、方法及其应用。首先，系统阐述了噪声与振动的基本概念及其对机械系统和操作人员的负面影响。接着，详细分析了噪声源与振动源的识别与评估方法，包括声强法、频谱分析法、声全息技术、模态分析法等。在此基础上，重点介绍了吸声、隔声、消声、隔振、减振等具体技术措施，并对其优缺点进行了综合评价。最后，提出了噪声与振动综合控制策略的设计原则和方法，并通过实际案例分析验证了其有效性。研究表明，综合运用多种控制技术能够显著提升机械系统的运行效率和操作环境的安全性，为机械工程中的噪声与振动问题提供了科学有效的解决方案。

关键词：噪声控制、振动抑制、机械工程、综合控制策略、声源识别

引言

在机械工程领域，噪声和振动的控制一直是研究的热点[1]。噪声源于机械系统的运行，如摩擦、撞击等，而振动则是物体围绕平衡位置的周期性或随机性运动。这些问题不仅降低设备精度、增加能耗，还可能对操作人员健康造成危害。因此，研究噪声控制与振动抑制技术显得尤为必要，其应用价值在于提升机械系统运行效率和操作环境安全性。

二、机械工程中的噪声与振动概述

噪声是指不规则的、令人不悦的声音，通常由机械系统的运行产生。振动则是物体围绕其平衡位置进行的周期性或随机性运动。噪声和振动的来源广泛，包括机械部件的摩擦、撞击、旋转不平衡等。这些因素不仅影响机械系统的稳定性和寿命，还可能对操作人员的健康造成危害。

噪声和振动对机械系统的影响主要体现在降低设备精度、增加能耗、引发结构疲劳和加速部件磨损等方面。此外，长期暴露在高噪声环境中，操作人员可能出现听力损伤、心理压力增加等问题。

噪声和振动控制的基本原理在于减少声源的产生、阻断传播路径以及保护接收者。具体措施包括优化机械设计以降低振动源强度、采用隔声和吸声材料减少噪声传播、使用减振器和隔振装置降低振动传递等。通过这些技术手段，可以有效提升机械系统的运行效率和操作环境的安全性。

三、噪声控制技术研究

噪声源识别与评估是噪声控制的首要步骤。常用的噪声源识别方法包括声强法、频谱分析法以及声全息技术等。声强法通过测量声压和质点速度的乘积，确定声源的强度和位置；频谱分析法则利用傅里叶变换将复杂声信号分解为单一频率成分，便于识别特定频率下的噪声源；声全息技术通过重建声场分布，提供更为直观的声源定位信息。噪声评估的标准和流程通常依据国际标准化组织（ISO）的相关标准进行，包括声压级、声功率级等参数的测量与计算，以及噪声暴露评估等环节。

吸声材料的应用可以有效降低室内噪声水平[3]，吸声技术通过使用多孔吸声材料，如玻璃棉、泡沫塑料等，吸收声波能量，降低反射声强度。隔声技术则利用高密度材料，如钢板、混凝土等，阻断声波传播路径，常见于隔音墙、隔声罩等应用。消声技术主要针对气流噪声，通过消声器内部结构的声阻抗失配，达到衰减噪声的目的。吸声技术适用于降低室内混响噪声，隔声技术适用于隔离外部噪声，消声技术则广泛应用于风机、排气系统等设备。不同噪声控制措施的优缺点各异，吸声材料虽能有效降低混响，但对低频噪声效果有限；隔声材料隔声效果显著，但会增加结构重量；消声器设计复杂，需根据具体声源特性进行优化。

四、振动抑制技术研究

隔振技术在降低机械系统振动传递中起到了关键作用[2]，隔振技术通过使用弹性元件，如橡胶隔振器、金属弹簧等，隔离振动传递路径，降低振动传递至基础的强度。减振技术则通过增加系统的阻尼，如使用阻尼材料或减振器，耗散振动能量，减少振动幅值。阻尼技术主要利用阻尼材料的粘弹性特性，将振动能量转化为热能，从而抑制振动。隔振技术适用于隔离机械设备与基础之间的振动传递，减振技术适用于降低设备本身的振动水平，阻尼技术则广泛应用于结构振动控制。不同振动抑制措施的优缺点各异，隔振器虽能有效隔离振动，但对低频振动效果有限；减振器减振效果显著，但可能增加系统复杂性；阻尼材料需根据具体振动特性进行选材和设计。

五、噪声与振动综合控制策略

在机械工程领域，噪声与振动的综合控制具有至关重要的意义。噪声与振动不仅影响设备的运行效率，还对操作人员的健康及环境造成负面影响。因此，研究并实施有效的综合控制策略显得尤为重要。

综合控制策略的设计应遵循系统性、经济性和可操作性的原则[4]。首先，系统性原则要求在控制策略的设计中，综合考虑噪声与振动的相互影响，确保控制措施的整体协调性。其次，经济性原则强调在满足控制效果的前提下，尽可能降低实施成本。最后，可操作性原则要求控制策略便于实际操作和维护。

在具体方法上，综合控制策略通常包括隔声、吸声、隔振和减振等多种技术的组合应用。隔声技术通过使用隔音材料阻断噪声传播路径，吸声技术则通过吸声材料减少噪声反射。隔振技术利用弹性元件隔离振动传递，减振技术通过增加系统阻尼耗散振动能量。例如，在机械设备中，可以采用橡胶隔振器结合阻尼材料，既隔离振动又降低噪声。

实际应用中，综合控制策略的效果显著。以某工厂为例，通过实施综合控制策略，设备运行噪声降低了约15dB，振动水平减少了30%。这不仅改善了工作环境，还提高了设备运行的稳定性和使用寿命。

综上所述，综合控制策略在机械工程中的噪声与振动控制中发挥着重要作用，其设计原则和方法的科学应用，能够有效提升控制效果，具有重要的工程实践价值。

六、案例分析

在机械工程领域，噪声与振动的控制技术对于提升设备性能和保障操作人员健康至关重要。以某大型离心风机为例，该设备在运行过程中产生的噪声和振动问题尤为突出，具体表现为噪声水平高达90dB，振动频率集中在50-200Hz范围内，严重影响了车间的工作环境和设备寿命。

针对该案例，工程师们采取了多种噪声控制与振动抑制技术。首先，在噪声控制方面，采用了隔声罩和吸声材料。隔声罩通过高密度隔音材料有效阻断了噪声的传播路径，吸声材料则在内壁表面减少了噪声的反射，使得整体噪声水平降低了约20dB。其次，在振动抑制方面，安装了橡胶隔振器和阻尼减振器。橡胶隔振器通过弹性元件隔离了振动传递，阻尼减振器则通过增加系统阻尼耗散了振动能量，使得振动水平减少了约40%。

通过实施上述综合控制措施，离心风机的噪声和振动问题得到了显著改善。噪声水平降至70dB以下，振动频率和幅值均大幅降低，工作环境得到了有效改善，设备运行稳定性显著提升。该案例的成功应用表明，综合运用多种噪声控制与振动抑制技术，能够有效解决机械工程中的噪声与振动问题，具有重要的工程实践价值。

七、结论与展望

本文系统研究了机械工程中噪声控制与振动抑制技术的原理、方法及其应用，涵盖了噪声源与振动源的识别与评估、吸声、隔声、消声、隔振、减振等具体技术措施及其优缺点分析，并探讨了综合控制策略的设计与实施。研究成果为机械系统噪声与振动问题的科学有效解决提供了理论依据和实践指导[5]。未来研究方向应聚焦于智能控制技术的应用、新型材料研发、多物理场耦合分析及绿色环保技术的融合，以进一步提升控制效果和系统性能。

参考文献

[1]马新星，张振果，李坚，等.柔性转子-辅助支承系统过临界动力学特性研究[J/OL].机械工程学报，1-12[2025-01-16].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.TH.20241219.1422.030.html.

[2]杨心怡，杨铁军，徐阳，等.基于粒子群算法的同步定相振动控制仿真研究[J].船舶工程，2024，46（10）：117-123.DOI：10.13788/j.cnki.cbgc.2024.10.16.

[3]朱泳廷，张泽.基于音圈电机的柔性杆自抗扰LQR抑振控制算法研究[J].振动与冲击，2023，42（22）：283-292.DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2023.22.032.

[4]喇启云，周徐斌，吕旺，等.冲击扰动下空间柔性体振动的主动抑制研究[J].噪声与振动控制，2023，43（03）：34-39.

[5]徐状，李生权，李娟，等.基于扩张状态观测器的压电结构复合滑模振动控制[J].噪声与振动控制，2023，43（02）：15-20+34.