减振技术论文范文

写论文没有思路的时候，经常查阅一些论文范文，小编为此精心准备了《减振技术论文范文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。城市轨道交通是城市公共交通的一种便捷工具，是解决城市交通拥挤的一项切实可行的措施。目前，城市轨道交通进入了快速发展阶段，“十五”末，我国有9个城市拥有运营线路，总里程约450公里;经过五年建设，“十一五”末。

第一篇：减振技术论文范文

混合动力电动汽车减振降噪技术研究

摘要：在介绍混合动力电动汽车结构和工作特性的基础上，分析了混合动力电动汽车由于动力源增加、驱动桥改变和工作模式不同，导致其振动和噪声相对于传统内燃机汽车发生了较大改变，并针对这些改变归纳和提出了减振降噪的技术。

关键词：混合动力;电动汽车;振动;噪声;控制技术

Noise and Vibration Reduction Technology in Hybrid Electric Vehicle

LIAO Lian-ying1，LI Xin-wen2

(1.Changzhou Institute of Technology，Changzhou 213002，China;

2.Military Representative Office of the PLA in the DFM，Shiyan 442000，China)

Key words：hybrid power;electric vehicle; vibration;noise;control technology

混合動力电动汽车除了在环保和节能上有出色表现外，在噪声与振动整体控制上也体现出了一定的优势。然而，混合动力电动汽车相对于传统内燃机汽车，增加了电池组和电机等零部件，在结构上较为复杂，工作状态也发生了变化，由此引起的噪声与振动源和其特性上发生了较大改变。如噪声和振动源的增加且呈分散特点，导致噪声和振动特性分析难度加大;整车室内外声学环境噪声的减小，改变了噪声源的贡献比，从而导致了车室内外声品质和噪声等级的改变;发动机和电机等设备的频繁起停引起瞬态冲击振动和高频噪声现象突出;大质量电池的增加和布置导致整车结构模态的改变等。因此混合动力电动汽车的噪声和振动控制的侧重点和控制方法均和内燃机汽车有所不同。本文就混合动力电动汽车结构和工作特点发生变化，引起的噪声和振动特性发生改变进行了分析，并针对这些特点提出减振降噪措施。

1 混合动力电动汽车结构及工作特点

1.1 结构特点

混合动力电动汽车结构形式可分为串联式、并联式和混联式三种。串联式动力系统发动机不直接驱动车轮，而是作为动力源来驱动发电机发电，发出的电一部分输送给电机来驱动车轮，另一部分则给蓄电池充电。并联式动力系统采用两套独立的动力系统——电机动力系统和发动机动力系统。它可以根据不同工况，由发动机单独驱动，电机单独驱动或者两套动力系统同时驱动车轮来获得最佳动力。混联式动力系统，又称串并联式动力系统，它综合了串联和并联的优点，但结构复杂，成本较高[1，2]。丰田普锐斯(Prius)是典型的混联动力系统，见图1。

从图1中可以看出混合动力电动汽车的结构相比传统汽车已发生了较大的变化[3，4]。具体表现为：

(1)动力源的增加。除了发动机提供的机械动力，还增加了大质量HV电池和变频器总成提供的电能动力。

(2)驱动桥发生了重大改变。混合动力电动汽车驱动桥由传统汽车的单一的变速器，变成了由发电机(MG1)、驱动电机(MG2)和电机减速行星组件(动力耦合装置)组成的驱动桥总成。

(3)结构布置发生改变。发动机、混合驱动桥总成和变频器布置在汽车前端，原发动机舱位置。大质量HV电池布置在汽车后部的行李舱内，这种结构的改变也导致车上质量分布的改变。

1.2 工作特性

以混联式动力系统为例，混合动力电动汽车可以通过动力耦合装置，根据不同工况车辆对动力的需求，来合理控制发动机与电机之间动力输出。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电机的运转，其工作特性可概括为以下几点。

(1)车辆起动及低负荷时，发动机不工作，HV电池给电机提供电能，由电机单独驱动车轮运转。

(2)正常行驶工况时，发动机开始工作，发动机通过动力耦合装置，将一部分动力分配给发电机为驱动电机运转提供电能，另一部分动力则直接用来驱动车轮运转。

(3)加速或大负荷时，发动机工作，发电机和HV电池同时输出电能，驱动电动机运转，并通过动力耦合装置与发动机共同驱动车轮运转。

(4)减速或制动时，驱动电机转换成发电机，把减速或制动时的动能转换成电能，并给HV电池充电。

(5)当HV电池储存电量低于某一设定值时，发动机运转，驱动发电机给HV电池充电。

(6)当车辆停止时，发动机及电机均不工作。

2 动力源增加引起振动、噪声分析及控制

2.1 动力源振动与噪声源分析

(1)发动机

在混合动力电动汽车中，虽然发动机噪声与振动源得到了一定的改善，但它仍然是噪声与振动的主要来源。混合动力电动汽车的发动机的噪声与傳统汽车发动机基本一样，主要包括燃烧噪声、机械噪声和排气噪声等[5]。

(2)HV电池冷却系统

混合动力电动汽车配备大容量HV电池，HV电池在工作时产生大量热量，因此需要一个冷却系统对其进行必要的冷却。冷却系统一般由进气管、冷却风扇、排气管和气道组成，如图2所示。冷却系统在冷却过程中，气流流动将产生气流噪声，而电池冷却风扇工作也将产生一定的噪声。相比于传统内燃机汽车，HV电池成为混合动力电动汽车新的噪声源。

另外混合动力汽车增加HV电池，其质量都很大，轻的几十公斤，重的达几百公斤。这些电池通常采用刚性连接或者较硬的弹性连接与车身相连，若整车车身刚度和连接刚度不够高，容易出现接触面摩擦异响噪声问题。另外这些质量较大的电池集中布置和支撑会影响到车辆的结构模态。

(3)变频器总成

变频器结构主要由电感和斩波电路组成，当它工作时，斩波电路的高频切换将在电感里产生交流磁场，同时伴随着磁致伸缩、线圈振动和磁芯收缩膨胀等现象的产生。从变频器总成产生的振动和噪声也成为混合动力电动汽车新的振动和噪声源，且噪声的大小随电流的增大而增加，比如在车辆加速和再生制动过程中噪声较大[6]。

2.2 动力源振动与噪声控制技术

(1)发动机

就发动机本身的振动和噪声的控制，主要包括：降低燃烧噪声;降低活塞、正时齿轮、配气机构等运转产生的机械噪声;降低风扇噪声;降低排气噪声等。

(2)HV电池冷却系统

对于HV电池冷却系统产生的噪声和振动，首先选用高品质风扇，减少风扇本身产生的振动和发出的噪声;其次冷却系统的进排气口及通风管路进行空气动力学研究，运用仿真计算和试验研究，改善冷却系结构设计，达到降低振动和噪声的目的。

为了降低由于布置和支撑对整车结构模态的影响，可以采取以下措施：一是采用锂电池等比容量大的电池，尽量减少电池的重量;二是运用仿真软件对电池在整车上的布置形式进行仿真研究，找出合理的布置，尽可能把电池布置在靠近整车模态振型的节点处，提高整车模态频率[7-9]。

(3)变频器总成

通过降低变频器磁致伸缩、线圈振动以及磁芯的膨胀收缩产生的噪声，降低从变频器产生的空气传播的噪声和结构传播的噪声，来降低变频器总成在汽车内部的噪声。具体措施为：①提高磁芯材料性能，如适当增加电磁线圈磁芯的硅含量，能有效减小磁致伸缩量[10]，如图3所示;②改进升压电路系统壳体和支架的振动特性的措施，有助于降低结构传播的噪声。

3 驱动桥改变导致的振动、噪声分析及控制

3.1 驱动桥振动、噪声分析

(1)发电机和电机

发电机(MG1)和电机(MG2)在混合动力电动汽车中，除停驶工况外，其他工况均单独或共同参与工作，工作时将产生振动和发出噪声。但是当发动机停止工作时，因少了发动机发出的噪声，导致本底噪声较低，因此发电机和电机产生的噪声和振动就尤为突出。

发电机和电机的噪声主要包括电磁噪声、空气动力性噪声和机械噪声。电磁噪声是发电机和电机最主要的噪声，它的频带通常分布在 400～2 000 Hz 之间。在这个频带范围内，人耳具有很高的灵敏度，可能引起强烈的噪声感觉，严重时表现为刺耳的啸叫声。机械噪声是轴承、转子和电刷等部件运转所产生的噪声，随着转速的增加，机械噪声越明显。空气动力性噪声是空气和电机之间的相互作用而产生的噪声。

(2)动力耦合装置

动力耦合装置是并联式和混联式混合动力电动汽车重要的部件，它主要作用是耦合发动机和电机动力来共同驱动车辆。典型的动力耦合装置采用行星齿轮结构，太阳轮与发电机(MG1)相连，行星齿轮架与发动机相连，而齿圈则与电机(MG2)和传动系相连，如图4所示。

动力耦合装置在工作中不可避免的会产生振动和噪声，一是行星齿轮机构运转时产生的机械振动和机械噪声，二是几种动力耦合不平顺所产生的振动冲击和噪声，三是发动机的转矩波动引发的动力耦合装置的振动和噪声。

3.2 驱动桥振动、噪声控制技术

(1)发电机和电机减振降噪措施

减少电机产生噪声的措施包括：一是通过合理设计爪极，选择适当气隙磁密以及合适槽配合等措施减少电磁噪声;二是通过优化转子、定子形状和优化永磁体形状和布置形式来减少电机的扭矩波动;三是通过优化转子、定子、驱动桥壳体的共振频率，提高驱动桥壳体刚度等措施改进电机振动特性。

(2)动力耦合装置减振降噪措施

一方面是改进动力耦合装置的机械结构，减少运动过程中产生的振动和噪声。另一方面更重要的是对几个动力源的耦合进行合理控制，减少耦合过程由于不协调而产生的振动和噪声。以图4所示的行星齿轮机构形式的动力耦合装置为例，可以采用控制电机的手段减少振动和噪声，特别是在减小起动阶段的振动和噪声效果较为明显。根据图4所示的动力耦合装置的结构布置，可以分析出MG1、发动机和MG2的转速关系，如图5所示。

为了减少动力耦合过程中产生的振动和噪声，对MG1采用前馈控制，根据曲轴转角来预测曲轴扭矩波动。根据预测结果，对MG1进行扭矩补偿以改变MG1的转速，使得MG2连同动力输出轴的转速波动最小，从而达到减小动力耦合装置振动和噪声的目的。

4 工作模式改变导致的振动、噪声分析及控制

4.1 振动与噪声分析

(1)频繁起停引起的汽车振动与噪声

发动机起动阶段的噪声与振动信号表现出明显的非稳态特征，且幅值比怠速时大[11]，如图6所示。从混合动力电动汽车的工作原理可以看出，发动机在各种工况运行中，需频繁地在起动和停机中切换，从而不停的产生瞬态冲击和高频噪声，给混合动力电动汽车的噪声和振动控制带来不利影响。

(2)发动机低速运转时导致车身振动和产生嗡嗡声

混合动力电动汽车为了获得较高的热效率，发动机必须在高扭矩区域内工作。当发动机低速运转时，发动机的燃烧将引起最初扭矩的波动。加之发动机与传动系之间没有离合器而直接相连接，使得发动机的扭矩波动激发了传动系的扭转共振，因此发动机将引起车身振动和嗡嗡噪声。

(3)加速时发动机产生的噪声

在混合動力电动汽车中，MG1和MG2往往通过行星齿轮机构相连，并且通过控制两个电机的动力和转速输出，可以实现汽车平稳加速而使发动机保持在最小燃油消耗工况。而且由于MG2的助力，使得混合动力电动汽车的加速性能优于同排量发动机的内燃机汽车。然而，以燃油经济性为优先控制的混合动力电动汽车，在同样加速工况下，其发动机转速要高于传统的自动变速器的汽车上发动机转速。这一特点导致了混合动力电动汽车在加速时，噪声要比传统的自动变速器的汽车噪声大[10]，如图7所示。

4.2 振动与噪声控制技术

(1)发动机起停振动及噪声控制技术

发动机起停振动及噪声控制是混合动力电动汽车振动和噪声控制最关键的技术，可采取的措施较多，主要包括：

①采用电子控制技术，推迟点火提前角，延迟进气门关闭时间，控制燃油喷射量等措施来改善发动机的燃烧，从而降低振动和噪声[12]。

②由电机拖动发动机起动时，产生的振动大小与活塞初始位置有紧密联系，当活塞初始位置在进气门关闭后且接近上止点时，起动振动较小。因此只要在发动机熄火时，通过控制发电机旋转角度，把活塞停止位置控制在预定位置，将能达到较好的噪声和振动控制效果。

③提高充当起动机的发电机起动扭矩，来减少由动力装置扭转共振和发动机支架共振所引发的车辆地板振动。

④通过缩短动力重心与转动弹性轴之间的距离，增加扭振减振阻尼器等方法，来改进发动机的悬置问题。

⑤合理控制混合动力之间的切换[13]。

(2)发动机低速运转时导致车身振动和产生嗡嗡声

一是提高发动机性能，避免发动机扭矩的波动。二是在发动机与变速驱动桥之间安装一个扭振减振器，减少由于发动机振动对传动系共振的影响，从而也降低传动系的共振对车身振动的影响。三是优化发动机的悬置系统，并设计先进的传动系减振器，来降低车身振动和减少嗡嗡声的产生。

(3)发动机加速时产生的噪声

为降低发动机加速时产生的噪声所采取的措施有：一是合理控制发动机转速上升速率;二是通过降低仪表板的振动，优化挡风玻璃的振动特性和优化车顶加固等来减少车身的声压灵敏度;三是降低发动机支架和进排气系统的振动及噪声。

5 结论

根据目前混合动力电动汽车领域的研究开发现状，从混合动力电动汽车结构特点和工作特性出发，总结了混合动力电动汽车常见的振动和噪声问题，但也并不全面，之后对相应问题提出了解决思路。

混合动力电动汽车技术本身就是一项较新的技术，人们对其燃油经济性和排放性能研究较多，但对其振动和噪声控制并未受到很大关注。但振动和噪声问题在混合动力电动汽车上也是个不容忽视的问题，因此在这方面的研究空间还很大。特别是发动机起停时瞬态振动分析和控制技术，动力耦合动态过程分析和控制技术，动态模式切换过程中的振动和噪声控制技术将是未来混合动力电动汽车振动和噪声控制的关键技术。

参考文献：

[1] 洪永福. 中国新能源汽车发展前景展望[J]. 汽车科技，2009(4): 7-10.

[2]广濑久士，丹下昭二. 电动车混合动力的现状与展望[J]. 汽车工程，2003，25(2): 204-209.

[3] Naoto Kawabata，Masashi Komada，Takayoshi Yoshioka. Noise and Vibration Reduction Technology in the Development of Hybrid Luxury Sedan with Series/Parallel System[J]. SAE 2007-01-2232.

[4] Joseph L. Stout，Ming-Hui Chien，Ghassan Rahimo. NVH Design and Development of the Duratec35 Engine from Ford Motor Company[J]. SAE 2007-01-2414.

[5] 庞剑，谌刚，何华. 汽车噪声与振动[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006.

[6] 岳东鹏，吴玉，王韬. 电磁作用对轻度混合动力系统振动和噪声的影响[J]. 车用发动机，2010(10): 69-72.

[7] Howon Lee，Dohyun Park，Sukyoo Hong. Development of noise and vibration prediction software in medium-to-high frequency ranges using power flow boundary element method[J]. SAE 2003-0101458.

[8] Matthias Schneider，Hans-peter Lahey，Christoph Steffens and Hans-Dieter Sonntag. CAE process to eliminate powertrain noise and vibration[J]. SAE 2002-01-0459.

[9] Aimin Wang，Nick Vlahopoulos. Vehicle NVH Analysis Using EFEA & EBEA Methods[J]. SAE 2009-01-0766.

[10] Masashi Komada，Takayoshi Yoshioka. Noise and Vibration Reduction Technology in New Generation Hybrid Vehicle Development[J]. SAE 2005-01-2294.

[11] Kiran Govindswamy，Thomas Wellmann. Aspects of NVH Integration in Hybrid Vehicles[J]. SAE 2009-01-2085.

[12] 林静. 降噪和降振技术在新一代混合动力车上的应用[J]. 汽车与配件，2006(14): 30-33.

[13] 张立军，叶荫，余卓平. 混合动力汽车用发动机起动振动与噪声特性初步研究[J]. 汽车技术，2009(3): 28-31.

收稿日期：2012-02-17

作者简介：廖连莹(1978-)，男，讲师，硕士，主要研究方向：车辆振动与噪声控制、汽车电子技术。

作者：廖连莹 李新文

第二篇：城市轨道交通减振降噪技术研究

城市轨道交通是城市公共交通的一种便捷工具，是解决城市交通拥挤的一项切实可行的措施。目前，城市轨道交通进入了快速发展阶段，“十五”末，我国有9个城市拥有运营线路，总里程约450公里;经过五年建设，“十一五”末。运营线路的城市达到12个，总里程约1400公里;规划“十二五”末，我国拥有运营线路的城市将达到27个，运营总里程超过3000公里。

由于城市轨道交通工程结构的特殊性，其产生的振动和噪声问题已引起了社会的广泛关注。美国纽约地铁车站噪声曾高达100～115dB，接近人耳的痛阈;北京地铁1号线西单车站附近的居民，就地铁造成的振动和结构噪声问题进行过投诉，4号线通过北京大学遥感物理楼时因为振动问题引起过不小的争议;我国某城市地铁现场测试表明，当地铁列车仅以15～20km/h的速度通过时，地铁正上方居民住宅的振动高达85dB。目前，对城市轨道交通振动和噪声问题的研究已成为人们日益关注的扰民和公害问题。

1　振动和噪声的产生与传播机理

轨道交通噪声产生实质上和振动是密不可分的。振动越大，则噪声也就越大。它们是通过不同介质进行传播的。

1.1振动的产生与传播机理

城市轨道交通在运营过程中，列车车轮与钢轨之间产生撞击振动，经过轨枕、道床，传递至隧道或桥梁基础，再传递给地面，从而对周围区域产生振动，并进一步传播到周围建筑物。这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅，学校，医院等环境产生不良影响，而且可能对沿线基础较差的建筑物造成损害。

振动波在土介质中的传递过程，其作用机理及传播特性与地震基本相同。这些振动波遇到自由界面时，在一定条件下重新组合，形成一种弹性表面渡，随着离振源距离的不同，它们之间的能量也在改变，同时传播速度、衰减率也为距离的函数。根据振动传播理论，振动从地面进入建筑物，不同结构建筑物其振动衰减也不同。

1.2噪声的产生与传播机理

大量研究结果表明，列车引起的噪声可分为四个部分;轮轨噪声、集电噪声、车厢的空气动力噪声和桥梁结构的二次振动噪声。随着列车运行速度的变化，轨道交通的主噪声源也随之变化。轨道交通的噪声源图如图I所示。我国城市轨道交通列车运行速度一般在60-80km/h，故相应的主噪声源为轮轨噪声，有数分析轮轨噪声产生的机理是找到城市轨道交通减振降噪的关键。

城市轨道交通轨道结构的轮轨噪声的振动来源千轨道的不平顺。钢轨与运行中的列车车轮相互作用，激起钢轨和轨下基础的振动，钢轨就向外辐射噪声。振动随轨下基础向周围传递。或引起振动，或造成结构的“二次噪声”。

2　我国区域环境振动与噪声的控制标准

针对区域环境振动与噪聲，各个国家都制定了相应的控制标准。我国此方面的控制标准参用《城市区域环境振动标准》(GB 10070-88)和《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)，见表1和表2。随着生活水平的提高和技术的发展，区域环境振动与噪声控制标准有进一步修订的可能。

3　城市轨道交通减振降噪的技术措施

3.1车辆的减振降噪措施

(1)对机车车辆动力系统的转动部件进行转子动力学设计，使系统的工作频段远离共振区(临界转速区)和不稳定区，尽量避免电磁耦合激发振动和噪声。

(2)在机车车辆上使用新型减振器，能有效地降低振动和噪声。目前在国内外的城市轨道交通中，金属一橡胶复合减振器是应用最为广泛的减振降噪装置。这是由于橡胶在很宽的温度范围内具有独特的粘弹行为，不仅可以象钢弹簧一样通过弹性形变来吸收、储存冲击能量，而且还可以通过分子链相对运动而大幅度地消耗能量。然而。橡胶件既是减振降噪的主要部分，也是影响使用寿命的关键部分。以少量具有纳米片层结构的有机改性蒙脱土与橡胶进行插层纳米复合，可显著降低材料的疲劳生热，延缓疲劳破坏过程，从而改善橡胶的强度、耐蠕变、耐疲劳和耐老化等综合性能，使减振器的质量和机车车辆的舒适性、安全性得到较大的提高。

除金属一橡胶复合减振器外，目前国际上开始将自适应(有源/半有源)电/磁流变液减振器用于车辆的悬架系统和转向架系统，以有效地调节系统的阻尼或刚度特性。电/磁流变液减振器是利用电/磁流变液的粘度在电/磁场作用下急剧变化的特性而制成的新型振动控制元件。电/磁流变液在无外场作用下为流动良好的液体状态，在强电/磁场作用下，短时间(毫秒级)内其粘度可增加一到两个数量级以上，并呈现类似固体的力学性能，而且粘度的变化是连续、可逆的，一旦去掉电/磁场后，又变成可流动的液体。这些特点使电/磁流变液装置成为电气控制与机械系统之间的简单、安静而且响应迅速的中间装置。

(3)在车辆动力驱动系统中应用直线电机技术，可省去齿轮箱等一系列传动机构，减少了许多噪声源，噪声水平比一般车辆可降低大约10dB(A)。

(4)采用径向转向架能避免车轮在钢轨上的蠕动，使车辆能顺利地通过曲线，减少轮轨磨耗和消除常规转向架通过曲线时的尖叫声，因而噪声比一般车辆降低近20dB(A)。

(5)采用弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术，通常可减振降噪2-10dB(A)。

(6)用改变车轮结构的方法来改变噪声的发射性能，可降低轮轨噪声。如德国通过把制动盘放在轮心上来减少噪声，试验结果证明对1kHz以上的噪声大约可降低5dB(A)。

3.2轨道结构的振动和噪声控制

轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。根据振动理论，轮轨之间的振动噪声与轨道各部件的质量、刚度以及结构阻尼密切相关。轨道结构的减振降噪主要是通过改变结构参数来实现。在国内外轨道交通减振降噪研究成果的基础上，结合我国轨道交通的实际，对轨道结构的减振降噪可采取下列有效措施：

(1)采用焊接长钢轨，可减少因列车通过钢轨接头所产生的振动噪声。根据地铁设计规范，轨道交通的正式线路应铺设无缝轨道。实际减振效果可达到5dB～10dB。

(2)采用钢轨打磨技术，以控制轨道的不平顺度，保证轮轨接触面的良好状态，从而获得良好的减振降噪效果。实践表明，钢轨打磨后，在振动频率为8Hz～100Hz范围内，振动噪声可下降4～8dB(A)。

(3)采用防振型钢轨，在钢轨轨腰两侧粘贴(或包覆)防振吸音材料(如橡胶、树脂等)，可有效地减少噪声，结构示意如图2。

(4)采用弹性扣件。轨道的弹性，尤其是刚性基础整体道床结构的弹性，主要取决于扣件的弹性，国内外在此方面做了大量研究工作，研制并开发了，满足不同减振降噪要求的扣件。在减振要求一般的地段，上海地铁采用了DTIII型扣件，如图3所示。该扣件采用二级减振，在钢轨和铁垫板下都设绝缘橡胶板，扣件弹性好，比北京地铁采

用的DTI型减少5dB～10dB。在减振要求较高的地段，德国科隆、美国华盛顿、法国巴黎、上海、新加坡地铁均采用了轨道减振器扣件(科隆蛋)，如图4所示。该扣件的承轨板与底座之间用减振橡胶硫化粘结在一起，利用橡胶圈的剪切变形，获得较低竖向刚度，较DTI型扣件的加速度传递函数减少15dB～30dB，较DT11I型扣件减少10dB～20dB，减振效果显著，能有效减少对周围环境的干扰。类似的减振型扣件还有很多种，要根据不同的适用条件进行选择。

(5)采用弹性支承块式无碴道床轨道，如图5所示。这是一种低振动(LVT)轨道结构。目前我国轨道交通主要采用支承块式混凝土整体道床，由于只有扣件弹性垫板一个减振环节，其减振效果并不理想。如在扣件垫板和支承块下各设置一层橡胶垫，便能大大降低轨道整体支承刚度，显著提高轨道的减振降噪性能。该种结构能使轮轨动力在钢轨上经过分配后传到轨下胶垫得到第一次减振，再经过支承块传到其下的胶垫进行第二次减振，这样，振动的高频成分及其幅值在得到了相当的衰减后才传递给基础。巴黎7号、13号地铁线在巴士底狱的新歌剧院下通过，歌剧院方面认为地铁车辆的噪声和振动对剧场的演出有影响，为此巴黎地铁公司对此进行了研究，试验，并会同歌剧院、巴黎声学研究所共同进行了现场测试，试验证明在轨枕底部加了一层橡胶垫后情况得到了改善。

(6)采用浮置板式轨道结构。该结构使用扣件把钢轨固定在钢筋混凝土浮置板上，浮置板置于橡胶支座或螺旋钢弹簧上。浮置板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载，只有静荷载和少量残余动荷载会通过弹性元件传到基础结构上。其弹性元件有面支承、线支承和分布支承3种形式，其中分布支承效果最好。采用橡胶的称橡胶浮置板，采用螺旋钢弹簧(一般采用分布支承)的称钢弹簧浮置板。在目前的减振措施中，浮置板轨道减振效果最好，可达20dB～40dB，与其他同类型隔振方案的比较如表3所示。图6为浮置板轨道结构的安装示意图。

(7)采用梯形轨枕。弹性支撑的梯形减振轨枕轨道系统，以钢管连接连接纵向混凝土轨枕，并与道床结构以橡胶减振垫相隔，形状如梯子，故称“梯形轨枕”，它可以称之为板式整体道床的第二代产品。梯形轨枕采用预制，其与底座间的缓冲调整等原理與板式轨道基本相同。它具有既能够发挥轨枕本来的特性，大幅度提高荷载的分散能力，又可补充钢轨本身的刚性和质量的性能特点，是一种能提高弯曲刚度和剪切刚度，实现了相当于减少车辆簧下质量的较理想的整体减振系统。梯形轨枕结构如图7所示。

3.3高架线路和桥梁的减振降噪措施

目前，国内外城市轨道交通的高架桥结构大多采用箱形梁形式。由于箱形梁的内部空腔在轨道交通噪声主要频段内存在声学模态，腔内的声场共振可能使桥梁的上下两个面的辐射声增加，而且，箱形梁桥的底面是大面积的平面，声辐射效率比较高，因此，有必要研究箱形梁的减振降噪措施。目前箱形梁的降噪处理有以下几类技术。

(1)在箱形梁腔内设置隔声板，将箱形梁腔内的声学共振频率向上移至轨道交通噪声的主要频段以外，则可有效降低桥梁振动噪声。

(2)在箱形梁腔内安装动力吸振器，这是控制桥梁振动噪声最有效的方法。

(3)选用桥梁隔振支座。桥梁隔振支座(主要有普通橡胶支座、叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等)是高架桥中减少振动的有效措施。通过调整减振支座的刚度，从而控制结构的振动频率和周期，避开列车运行引起的竖向振动频率，达到减振和降噪的效果。

(4)铺设轻质吸声桥面和路面。高架轨道交通线的桥面是声反射面，降低桥面的声反射可以大大降低列车通过时的噪声。近年发展起来的各种多孔混凝土都可以有效降低桥面的声反射。即在桥面铺浇一定厚度的多孔混凝土，既不影响检修者行走。又有一定的吸声效果。但是，多孔混凝土对1kHz以下的中低频噪声的吸声效果不够理想，而高架轨道交通噪声中以500Hz为中心的中低频噪声占主要成分，因此对这类噪声可以使用发泡混凝土。

(5)在高架桥上安装吸声天棚或悬挂空间吸声体等吸声结构，可以大大降低桥梁振动的辐射噪声。高架轨道交通噪声的各个声源中，桥梁振动的辐射噪声对周边环境尤其是低楼层有较大影响。高吸声、安全、美观、易清洗保养是设计这类吸声结构的要点。

(6)设置声屏障是降低轨道交通运行噪声的一种有效措施。现有的吸声型声屏障均为板式结构，所用的吸声材料分别有多孔材料(如泡沫玻璃等)、穿孔板加纤维类吸声材料、微穿孔板等;但其频带窄，尤其是低频段吸声系数小，通常只有0.5左右，这是现有吸声型声屏障的共同缺点。常见的微穿孔板和其他抗性吸声结构对低频噪声比较有效，但在中高频段的吸声系数往往很低。总之，由于交通噪声主要分布在100kHz～5kHz，单纯阻性吸声或抗性材料都难以在如此宽的频率范围内达到满意的吸声效果。因此，国内外都把研究阻抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向。

(7)挖减振沟和设隔振墙。可以在建筑物和轨道之间通过挖减振沟和设隔振墙等设置隔振屏障。只要沟的深度和墙的板质、厚度、深度合适，就可以获得理想的减振效果。

4　结语和建议

西安作为世界四大文明古都之一，建设地铁过程中更应充分考虑环境振动和噪声的影响，采取较为成熟的减振降噪措施的同时，建议进行创新性的减振降噪措施研究，应用在西安地铁的敏感地段，更加有效地减小振动和噪声的影响，提升西安地铁的建设水平，扩大西安地铁在减振降噪方面的影响。

作者：魏鹏勃

第三篇：减振降噪技术在机械设计中的应用分析

摘要：近年来，随着科技水平的不断提高，我国工业领域得到蓬勃发展，生产力持续提升，机械设备更新换代速度加快。但在实际生产中，机械设备生产过程中产生噪音，既造成了噪音污染问题，也使得生产环境复杂化，违背了安全生产、可持续发展理念，是机械设计领域一项重要研究课题。为有效解决这一问题，本文从技术角度切入，对减振降噪技术在机械设计領域中的应用情况进行探讨，主要阐述了噪声源的控制方法。

关键词：减振降噪;机械设计;技术应用;控制方法

1 机械噪声的来源与分类

1.1 噪声来源

机械噪声的产生是受到外部环境、设备自身因素的影响，机械设备没有稳定保持为最佳运行状态，从而在振动过程中产生的噪声。例如，机械设备结构设计不合理，在高强度运行状态下，部分零部件松动脱落、与其他零部件碰撞摩擦、或是与气流产生相互作用，在设备运行期间周期性产生噪声，如齿轮噪声、轴承噪声、电磁噪声、摩擦噪声、燃烧噪声等。

1.2 噪声类型

根据各类机械设备实际运行情况、噪声产生原因来看，可以将机械噪声分为机械性噪声、空气动力性噪声两大类。其中，机械性噪声指机械设备在运行期间机械结垢在碰撞、震动期间持续产生的噪声，如齿轮噪声、结构噪声等等。而空气动力性噪声指机械设备结构与周边区域的高速不稳定气流进行相互作用，从而产生的噪声，如常见的燃烧噪声、旋转噪声、排气噪声。

2 机械设计中噪声源的控制方法

2.1 做好机械设备选材工作

根据相关实验结果显示，在机械设备运行状态下，设备材质的内阻尼性能优劣，与设备所产生噪声分贝、振动力密切相关。因此，材质内阻尼性能是衡量机械设备减振降噪性能的主要指标。而内阻尼性能泛指，材料承受激振力作用持续影响时，材料抑制振动能力与内部分子消耗吸收能量的极限。简单来讲，设备材料的内阻尼性能越高，则所制造机械设备的减振降噪效果越好，材料可以持续对机械设备运行期间产生的振动能量加以吸收，避免激振力传播至表面结构而形成噪音，以此起到减振降噪效果。

在机械设备选材环节，设计人员既要考虑到材料内阻尼性能的优劣，同时，也需要综合分析工艺要求、材料其他性能、耐久性、设备制造成本等因素，遵循实际出发与经济适宜原则。实际出发原则指要求所制造机械设备性能质量与耐久性满足使用需求，不会在使用期间频繁出现故障问题。经济适宜原则指将材料采购成本、机械设备总体制造成本控制在合理范围内。目前来看，常用的机械材料包括铁、铜与高分子材料。

2.2 优化机械结构

在机械设备运行期间，辐射源通过设备结构时将会产生结构噪音，不但会造成噪音污染问题、提高现场环境复杂程度，同时，也会对机械设备使用寿命、运行质量造成影响干扰，加快机械零部件老化磨损速度。以齿轮箱具有封闭性外壳结构、采取振动方式的振动筛机械设备为例，在运行状态下，所产生的结构振动辐射往往占据总声能95%左右。针对这一问题，应对机械结构进行优化，才能从根源上消除噪音源，避免结构噪音产生，机械结构优化方向包括消除齿轮噪音、消除运动噪音、消除电磁噪声三方面，具体如下：

2.2.1 消除齿轮噪声

齿轮噪声指机械设备在运行期间，各齿轮部件相互撞击与摩擦，齿轮体产生震动现象、激振力扩散至表面形成齿轮噪声。同时，在齿轮达到一定运转速度后，齿轮箱体、齿轮体将产生共振现象、提高敷设噪声等级，对齿轮部件运行状态造成影响，最终形成齿轮噪声。

从机械结构设计层面来看，针对齿轮噪声问题，需要采取的优化措施包括：使用斜齿轮来取代传统人字齿轮、直齿轮，从而减小齿轮高速运转状态下产生的冲击荷载，稳定保持齿轮运行状态;根据机械设备使用需求、实际运行状态，对齿侧间隙大小加以适当调整，如若齿侧间间隙不合理，将以此为诱因引发撞击噪音产生;对齿轮压力角进行调整，将压力角设定在20°左右即可;由于齿轮在机械设备运行期间将重复开展咬合动作、产生碰撞摩擦，需要使用具有良好内阻尼性能的材料制作齿轮。

2.2.2 消除振动筛运动噪声

在运行期间，振动筛将处于旋转运行与高频相应状态，需要采取以下结构优化措施：尽可量配置空心结构的轴承滚动体结构，可以在满足滚动体强度要求的同时，预防震动现象出现、避免形成共振区域;在振动筛与激振器间隔区域中设置减振器，持续对所产生激振力进行吸收、削弱。但是，需要满足轴体相对运动低、振动筛振幅稳定的前提条件，禁止所安装减振器对振动筛运行质量造成影响干扰。

2.2.3 消除电磁噪声

在直流电动机、变压器、变频器等设备运行过程中，受到电磁力不平衡现象影响，往往会产生机械振动现象、形成电磁噪声。因此，设计人员可选择对机械设备结构中的气隙间距进行调整、或是设置闭口齿槽、斜槽转子，这将起到削弱高次谐波、减少电磁噪声、降低气隙磁密的作用。最终，通过控制定子转子高次谐波与基波磁通的磁势幅值，实现削减径向作用力、消除电磁噪声源的减振降噪目的。

3 减震降噪技术在机械设计中的具体应用

3.1 吸声技术

吸声技术是使用具有良好导热性、粘滞性与吸声性质的材料来在振动源、机械用房结构表面铺贴。如此，在机械设备使用期间，所产生机械噪声进入材料缝隙内时，声波与吸声材料纤维二者会产生振动现象，持续将噪音与激振力转换为热能进行释放，起到抑制噪声传播的作用。目前来看，吸声材料主要被用于机械设备的制作原材料，或是在设备房的屋顶与墙体结构上进行铺设，会在吸声过程中持续释放大量热量，导致作业环境与设备工作温度提升，需要重视这一问题，同时采取温控措施，避免设备工作温度过高影响到运行质量。

3.2 隔声技术

隔绝设备用房内部所产生机械噪声向外界的传播途径，将噪声控制在狭小空间范围内，隔声技术原理与消声技术具有相似性。这种方式虽然可以减小机械噪声对生产现场、周边环境造成的噪音污染程度，且技术应用难度较小、步骤流程简单。但是，却无法有效消除机械噪声，噪声在狭小空间内会对设备运行状态、结构质量持续施加影响。长此以往，将会对设备运行状态造成干扰，提高设备失效、设备损坏问题的出现率，因此，不适宜采取隔声技术对高精密机械设备进行减振降噪处理。

隔声技术的具体应用措施包括：①在设备用房的墙体、屋顶表面铺贴吸声隔声材料，将所产生机械噪声控制在狭小空间区域内，禁止噪声向外传播扩散;②在设备筒体部位中设置隔声套部件，该部件由若干数量的耐热隔声层组成，可以持续对所产生机械噪声进行阻隔、削弱处理;③将齿轮箱、电机等机械设备在具有良好密封隔声性能的罩性结构中进行安装，对产生的机械噪音起到良好的阻挡效果、将向外传播的噪声辐射量控制在合理范围内;④为取得更为良好的降噪效果、减小噪声对设备结构性能与运行质量造成的影响，可选择组合运用隔声技术与消声技术。

3.3 使用消声设备

从消声方式层面来看，吸声技术属于被动消声方式，所使用吸声材料会被动地对所经过机械噪声进行吸收、消除，技术应用模式较为单一，并不适用于特殊机械设备、复杂设备运行背景中。因此，在条件允许前提下，为取得更为良好的机械降噪效果，消除所产生机械噪声，可选择采取主动式消声技术，在机械设备结构、生产环境中配置各类消声设备。

现阶段，在机械设计领域中，应用较为常见的消声设备为消声器，包括阻性消声器、阻抗消声器、抗性消声器。在机械设备进气口、出气口等部位设置消声器，可以起到促进空气气流流通、削弱沿管道传播的机械噪声的作用，主要被用于控制空气流动性噪声，并不适用于控制结构噪声、电磁噪声等。以阻性消声器为例，这类消声器以多孔吸声材料为原材料，吸声材料在气流通道内壁结构中按特定形式进行排列。在机械噪声传播期间，部分声能將会在阻性消声器的气流通道中持续被吸声材料转换为热能释放。

3.4 隔振技术

现阶段，受到机械制造工艺、外部环境的限制影响，振动噪声是机械设备运行必备条件之一，尽管组合采取各项减振降噪技术措施，仍旧无法做到对机械设备振动噪声现象的彻底消除。因此，为有效减小机械噪音，需要采取隔振技术，在不影响机械设备运行质量与状态的前提下，对机械振动源进行防振隔离处理。将隔振方式为划分依据，可以将这项技术分为主动隔振技术、被动隔振技术。其中，主动隔振技术指，通过设置支撑振动源元件、对机械振动源进行隔离处理，来主动取得振动阻隔效果。而被动隔振技术指，配置阻尼器、弹簧等装置部件、或是使用各类隔振材料，在其基础上构成被动隔振系统。如此，在机械设备运行期间，被动隔振系统会对振动源所产生的振动效应起到逐渐衰减作用，有效控制振动频率，最终实现隔离振动目标。例如，可选择使用橡胶隔振器，与传统隔振器相比，橡胶隔振器具有良好的抑制共振效果，同时对旋转、垂直与水平方向起到隔振作用。从材料性能层面来看，橡胶隔振器主要以软硬橡胶为原材料，这类材料的允许应力为0.3-0.4MPa、动态弹性模量为20-25MPa，性能远超过其他隔振材料。

3.5 防止共振

根据部分型号机械设备运行情况来看，当机械设备固有频率、激振力震动频率二者保持为等同状态时，将会产生共振现象，对机械振动效果起到放大作用，产生更高分贝噪声、更高频率振动，且实际破坏力远超过其他机械振动问题。因此，为控制机械振动噪声问题造成的损失程度、预防机械共振现象产生，需要采取防止共振技术，如调整机械设备转速额定值、优化机型结构、调整振动源扰动频率等等，或是对非刚性基础结构上放置机械振动源，以此来起到控制共振频率的技术作用。

3.6 阻尼技术

材料内阻尼性能是机械减振降噪效果的主要评价指标，振动机械能在经过结构阻尼层时，一部分机械能将会被转换为热能释放，具有良好的减振降噪效果。但是，在传统机械设计模式中，由于设计理念滞后，阻尼技术手段较为单一，主要选择使用具有良好内阻尼性能的吸声材料在机械设备结构、设备用房墙体屋顶中进行铺设，未充分发挥阻尼技术优势。因此，需要在机械设计方案中灵活采取各项阻尼技术措施，常见措施包括：①阻尼涂料。在设备结构与金属板结构表面均匀涂刷阻尼涂料，与环氧底漆进行组合使用;②研制新型阻尼合金，替代普通钢作为机械设备结构材料，克服早期弹性阻尼材料刚性不足的性能缺陷，如双晶型锰铜合金;③弹性阻尼材料。在减振结构表面以片状形式铺贴弹性阻尼材料，要求阻尼层具有充足的阻尼损耗因子。

4 结语

综上所述，为全面提高机械设计水平、延长机械设备使用年限、改善机械使用性能，有效解决机械振动噪声问题，设计时应积极采取各项减振降噪技术措施，优化机械结构、设置消声装置、控制机械振动、隔离吸收机械噪声。同时，加强减振降噪技术研发力度，不断对技术体系进行创新改进，为我国机械制造行业的可持续发展提供有力的技术支持。

参考文献：

[1]付兴娥.机械设计中减震降噪的应用研究[J].工业设计，2016，0(1).

[2]马力前，姚友良，宋文龙.工程机械的减振降噪研究[J].今日工程机械，2012(20)：78-79.

[3]刘松，李新强.减振降噪在机械设计中的应用分析[J].山东工业技术，2017(20)：31.

[4]饶鹏，熊建强.割草机振动与噪声产生机理及控制研究[J].南方农机，2019，50(12)：12-13.

作者：栗叶丹