动力系统振动与噪声控制的工程技术研究

摘要：动力系统振动与噪声控制对工程设备稳定运行及环境质量意义重大。研究聚焦动力系统振动与噪声产生机制，探讨有效的控制策略与工程技术。通过理论分析与实验研究，提出针对性解决方案，旨在降低振动与噪声水平，提高动力系统性能与可靠性。

关键词：动力系统；振动控制；噪声控制；工程技术

引言：随着工业发展，动力系统广泛应用，但其振动与噪声问题愈发突出。不仅影响设备寿命与性能，还危害操作人员健康、污染环境。因此，开展动力系统振动与噪声控制的工程技术研究具有迫切的现实需求和重要的工程意义。

1. 动力系统振动与噪声概述

1.1 振动与噪声产生原因

在动力系统中，振动与噪声的产生源于多种因素。从机械结构方面来看，动力系统中的旋转部件，如发动机的曲轴、涡轮机的转子等，由于其不平衡质量分布，在高速旋转时会产生周期性的离心力，从而引发振动。这种不平衡可能是由于制造误差、装配不当或者部件磨损导致的。另外，部件之间的间隙配合也会产生振动，例如活塞与气缸壁之间的间隙，在活塞往复运动时，由于间隙的存在会产生冲击，进而转化为振动。对于传动部件，如齿轮、链条等，在啮合过程中，由于齿形误差、载荷不均等因素，会产生周期性的啮合力变化，这也是振动的一个重要来源。在流体方面，动力系统中的流体流动，如发动机的进气和排气过程，流体在管道内的流动状态不稳定，可能会产生漩涡、湍流等现象，这些不稳定的流体会对管道壁产生脉动压力，从而引起振动和噪声。同时，当流体流经阀门、节流口等部位时，由于流速和压力的急剧变化，也会产生振动和噪声。电磁因素在某些动力系统中也不可忽视，例如电机在运行过程中，由于磁场的相互作用，可能会产生电磁力的波动，这种波动会导致电机的定子和转子发生振动，进而产生噪声。

1.2 振动与噪声危害

振动与噪声对动力系统及其周边环境有着诸多危害。对于动力系统自身而言，持续的振动会加速部件的磨损。例如，振动会使机械连接部位的螺栓松动，导致连接可靠性下降。在发动机中，过高的振动会影响活塞与气缸壁的密封性，降低发动机的效率。同时，振动还可能引发共振现象，当动力系统的某个部件的固有频率与外界激励频率相匹配时，会产生共振，共振会使振动幅度急剧增大，可能导致部件的疲劳损坏，严重缩短部件的使用寿命。从安全性方面考虑，在航空动力系统中，过度的振动可能会影响飞行控制系统的精度，对飞行安全构成威胁。在汽车动力系统中，振动会影响驾驶员的操控感受，降低驾驶的舒适性。对于周边环境，动力系统产生的噪声会对周围人员造成健康危害。长期暴露在高强度噪声环境下，人的听力会受到损害，可能导致听力下降甚至耳聋。

2. 振动控制工程技术

2.1 主动控制技术

主动控制技术是一种积极应对动力系统振动的方法。其核心原理是通过传感器实时监测动力系统的振动状态，获取振动的相关参数，如振动的位移、速度、加速度等信息。然后，将这些信息传输给控制器。控制器根据预设的控制算法对振动信息进行分析处理，计算出所需的控制信号。接着，执行器根据控制器发出的信号产生相应的控制力或力矩，施加到动力系统上，以抵消或减小振动。在航空航天领域，主动控制技术有着广泛的应用。例如，在飞机的机翼结构中，通过在机翼上安装传感器、控制器和作动器，可以有效地控制机翼在飞行过程中的振动。这是因为飞机在飞行时会受到气流的干扰，机翼容易产生振动，而主动控制技术能够根据气流变化实时调整机翼的振动状态，提高飞行的稳定性和安全性。在大型桥梁的动力系统中，主动控制技术也能发挥重要作用。通过对桥梁结构的振动进行实时监测和主动控制，可以抵御风荷载、地震等外界因素对桥梁的影响，延长桥梁的使用寿命。主动控制技术的优点在于其具有很强的适应性和灵活性，可以根据不同的振动情况进行精确控制，但它也面临着成本较高、系统复杂等挑战。

2.2 被动控制技术

被动控制技术是一种传统且应用广泛的振动控制方法。它主要是通过在动力系统中添加一些具有特定性能的元件来实现振动控制。常见的被动控制元件包括阻尼器、隔振器等。阻尼器的作用是将振动能量转化为热能等其他形式的能量，从而消耗振动能量，达到减小振动的目的。例如，在汽车的悬架系统中，常常使用液压阻尼器。当汽车行驶过程中遇到颠簸，悬架系统产生振动时，液压阻尼器内部的油液通过阻尼孔流动，将振动能量转化为热能，使振动幅度减小。隔振器则是通过改变动力系统与支撑结构之间的传递特性来控制振动。例如，在工业设备的基础安装中，使用橡胶隔振器。橡胶隔振器具有弹性，能够在设备振动时产生变形，从而减小设备振动向基础结构的传递。被动控制技术的优点是结构简单、成本较低、可靠性高。它不需要复杂的传感器、控制器和执行器系统，安装和维护相对容易。然而，被动控制技术的性能相对固定，对于复杂多变的振动情况适应性较差。

3. 噪声控制工程技术

3.1 吸声降噪技术

吸声降噪技术主要是利用吸声材料或吸声结构来降低噪声。吸声材料具有多孔性的特点，当噪声声波传播到吸声材料表面时，一部分声波会进入材料内部的孔隙中。在孔隙内，声波会引起空气分子的振动，由于空气分子与材料孔隙壁之间的摩擦以及空气分子之间的黏滞作用，声波的能量会逐渐转化为热能，从而使噪声得到衰减。常见的吸声材料有玻璃棉、岩棉等。在建筑室内声学设计中，常常在天花板和墙壁上安装玻璃棉吸声板来降低室内噪声。例如，在会议室中，由于人员交谈、设备运行等会产生噪声，通过在会议室的天花板和墙壁上安装玻璃棉吸声板，可以有效地吸收噪声，提高室内的声学环境质量。吸声结构则是通过特殊的结构设计来实现吸声效果。例如，穿孔板吸声结构，它是在薄板上穿孔，背后设置一定厚度的空气层和吸声材料。当声波入射到穿孔板上时，一部分声波会透过穿孔进入空气层和吸声材料中被吸收，另一部分声波会在穿孔板表面反射，反射波与入射波相互干涉，也会使声波能量得到衰减。吸声降噪技术对于降低中高频噪声效果较为显著。

3.2 隔声降噪技术

隔声降噪技术是通过设置隔声屏障或隔声结构来阻挡噪声的传播。隔声屏障主要是利用材料的隔声性能，将噪声源与受声点隔开。例如，在高速公路两侧设置的隔声屏障，它能够有效地阻挡车辆行驶产生的噪声向两侧居民区传播。隔声屏障的隔声效果与屏障的材料、高度、厚度等因素有关。一般来说，密度较大、厚度较厚的材料隔声性能较好，屏障越高，其隔声效果也越好。在工业厂房中，常常采用隔声罩来降低设备噪声。隔声罩是一种将设备完全封闭起来的隔声结构，它不仅可以阻挡设备噪声向外传播，还可以防止外界噪声进入设备内部，保护设备的正常运行。隔声罩的设计需要考虑到通风散热、设备检修等问题，因此通常会在隔声罩上设置通风口和检修门，同时对这些部位进行特殊的隔声处理。隔声结构的隔声性能还与结构的密封性有关，密封性越好，隔声效果越佳。隔声降噪技术对于降低中低频噪声效果较好。

结束语：动力系统振动与噪声控制的工程技术研究取得一定成果，有效降低了振动与噪声影响。但随着动力系统不断发展，仍需持续探索创新。未来应结合多学科知识，开发更高效控制技术，推动动力系统向低振动、低噪声方向发展。

参考文献：

[1]王琛.基于随机共振的机械传动系统机电耦合振动检测方法[J].机械与电子，2022，40（10）：37-40.

[2]杨贵喜，李永明，张宝贵，等.剧院工程机电消声隔振施工技术[J].智能建筑与智慧城市，2022，（03）：131-133.