КАКОГО ЗАГЛУШЕНИЯ МОЖНО ДОБИТЬСЯ КАК КОНСТРУИРОВАТЬ МАЛОШУМЯЩИЕ МЕХАНИЗМЫ

из "Шум "

Мы уже познакомились с тремя этапами создания шума исходное возмущение, его усиление и видоизменение, а также излучение звука. Если вы не считаете, что таблетка аспирина излечит вас от неприятного ощущения, вызванного гвоздем, торчащим из сиденья стула, то, когда речь пойдет о шуме, вы, конечно, сразу подумаете, нельзя ли устранить исходное возмущение Разумеется, это наилучший подход, но часто ли можно им воспользоваться Возьмем, например, дизельный двигатель. Исходное возмущение здесь — рост давления в камере сгорания, но ведь это и есть сам источник мощности двигателя. В турбореактивном двигателе сжигание горючего, сопровождаемое шумом, — единственный способ создать требуемое ускорение газов, направленное в сторону, обратную движению. В пневматическом перфораторе шум создают повторяющиеся удары наконечника зубила,— но именно для этого и спроектирован весь механизм. Таким образом, перспективы не представляются многообещающими, однако в действительности здесь возможностей для снижения шума больше, чем кажется на первый взгляд. [c.219]
На рис. 47 показаны три fpaфикa давления в цилиндре некоторого дизельного двигателя, совершающего 1000 об/мин. Рис. 47, а соответствует вращению дизеля сторонним двигателем, когда горючее вообще не впрыскивается воздух просто сжимается и расширяется при проворачивании вала двигателя. Это наиболее гладкая кривая изменения давления, какую только можно получить на рис. 48 показано, что, начиная примерно со 100 Гц, величина компонент Фурье в этом случае спадает очень быстро. К сожалению, использовать двигатель в этом режиме никому не нужно Кривая Ь представляет график давления того же двигателя в условиях наибольшей плавности изменения давления, которую можно получить при собственном ходе двигателя. Обратите внимание на несколько более острый пик давления и на крутой прямолинейный участок вблизи верхней мертвой точки (в. м. т.). Это — момент, непосредственно следующий за впрыскиванием горючего, когда происходит его сгорание. В этом случае сгорание протекает постепенно, за время, в течение которого вал поворачивается на 20°. На рис. 48 показан спектр и для этих условий. Ввиду менее плавной формы кривой давления высшие компоненты разложения в спектр примерно на 20 дБ превышают по величине соответствующие значения для кривой а. За исключением горбика в области 1600 Гц, кривая Ь не менее плавная, чем соответствующая кривая для бензинового двигателя с той же величиной максимального давления в цилиндре. Горбик обусловлен резонансом газа в камере сгорания, когда он ударяется о стенки. [c.220]
Все кривые сняты при 1000 об/мин (в. м. т.—верхняя мертвая точка). [c.221]
Что касается исходного возмущения, картина выглядит более безнадежной, чем казалось на первый взгляд. Как, однако, можно было бы сгладить рос г давления Для начала можно отрегулировать момент вспышки. Кривая Ь соответствует более раннему зажиганию, чем кривая с, и, хотя их различие обуслов лено не только этим обстоятельством, легко видеть, что оно также важно. Если впрыскивание горючего происходит непосредственно перед прохождением поршнем верхней мертвой точки, то процесс начинается при более высоком давлении в самом цилиндре. Это приводит не только к более высокой температуре и более быстрому зажиганию, но и к усилению давления, вызываемому внезапным сгоранием горючего и наложением создаваемого давления на самый высокий участок исходной кривой сжатия. При более раннем впрыске усиление давления, налагаясь на кривую сжатия, создает менее зазубренную кривую. Вернемся к кривой с. Непосредственно перед скачком давления в верхней мертвой точке наблюдается уплощение кривой, подобное уплощению на кривой а. В самом деле, если прикрыть рукой правую половину кривой с, остальная часть ее выглядит совсем как кривая а. Скачок давления наступает в самый худший момент, потому что увеличение сжатия прекращается в момент, когда поршень пришел к концу своего хода. Если бы тот же скачок давления накладывался на кривую сжатия раньше, где и без того происходит быстрый рост давления, оба наклона слились бы вместе более плавно и уровень высокочастотных компонент значительно бы уменьшился. [c.222]
Теоретически, чем более плавно идет график давления в цилиндре, тем больше должен быть коэффициент полезного действия двигателя. В конце концов, двигатель — это шумовая машина , в которой требуемая мощность создается в результате превращения основной частоты колебаний давления в цилиндре в механическое вращение при помощи поршней и коленчатого вала. Энергия, заключенная в высших гармониках, бесполезна, поскольку колебания поршня в цилиндре происходят только на основной частоте. Чем более сглажен график давлений, тем большая часть энергии приходится на нижнюю гармонику и может быть передана на коленчатый вал. [c.223]
Что можно сказать об исходных возмущениях в других двигателях, например в турбореактивном двигателе Здесь дело обстоит иначе хотя для получения струи сгорание топлива необходимо, флуктуации давления не нужны. Постоянное давление в цилиндре двигателя дизеля бесполезно, но постоянное давление в камере сгорания реактивного двигателя было бы идеалом Действие реактивной струи никак не связано с колебаниями давления, которых мы пока не можем избежать просто из-за недостаточно высокого уровня современной техники. [c.223]
Дело было бы попроще, если бы шум турбореактивного (или турбовентиляторного) двигателя создавала только струя в действительности это не так. Есть также возмущения, обусловленные аэродинамическими взаимодействиями при вращении лопаток компрессора и (в гораздо меныией степени) лопаток турбины. Последние поколения двигателей фирмы Роллс-Ройс воплощают в себе главное нововведение в этой области обычные входные направляющие лопатки здесь полностью выброшены, благодаря чему исключен важный источник возмущений, вызываемых прохождением каждой лопатки через области пониженной скорости воздуха позади неподвижных направляющих лопаток. Шум взаимодействия венцов ротора и статора был снижен путем увеличения зазора между венцами и подбором наилучшего соотношения между числами лопаток в одном и другом венце. [c.225]
Теперь перейдем к исходным возмущениям в других устройствах. В пневматическом перфораторе практически нельзя повлиять на основной механизм создания щума — периодическое воздействие сжатого воздуха на поршень, — не снизив существенно эффективность перфоратора. Несмотря на то что и для цилиндра перфоратора можно получить график давления, аналогичный графику для цилиндра дизеля, (график для перфоратора более зазубренный), пут я превращения флуктуаций в шум тут совсем другие и поэтому сглаживание кривой давления в цилиндре перфоратора не приведет к снижению шума. [c.227]
Однако шум многих других механизмов можно значительно снизить. Например, для дыропробивною пресса можно изготовить пунсон с разной высотой режущей части в разных точках, чтобы удар по изделию не приходился одновременно по всей поверхности. Резкость удара при этом сильно снизится. Разумеется, если появится позможность заменить резкий удар непрерывно нарастающим давлением, как в гидравлическом прессе, проблема шума будет почти исключена. [c.227]
возникающие при действии многих механизмов, по существу, никак не связаны с их работой. В Этих случаях эффективность механизма не пострадает от применения амортизирующих прокладок и подкладок. При ударе какой-нибудь деталью по амортизирующему элементу последний сожмется, поглощая энергию удара, которая в результате потерь на трение, вызванных внутренним поглощением в материале, обратится в тепло. Различные дыропробивные прессы содержат множество источников совершенно излишнего ударного звука, который можно подавить при помощи резиновых амортизирующих подкладок. [c.227]
Безусловно, положение почти всегда можно улучшить тщательным подбором числа элементов в роторе и статоре. Четырехлопастный ротор, вращающийся в непосредственной близости к четырем направляющим лопаткам, создает гораздо более сильный звук, чем если бы направляющих лопаток было три или пять. Как правило, числа лопаток ротора и статора не должны находиться в простом отношении. Тогда различными будут не только основные частоты, создаваемые тем и другим, но и несколько первых гармоник. Выгода получается двоякая интенсивность дискретных тонов в шуме уменьшится, а раздражающее действие шума снизится, ввиду того что распределение отдельных тонов и их гармоник на более широкий частотный диапазон сделает их менее ощутимыми. [c.229]
В ближайший раз, когда вы займетесь проверкой покрышек на колесах вашей автомашины (пока они еще не изношены), обратите внимание на узор выступов на катящейся поверхности, особенно по краям вы увидите, что поперечные прорези между участками выступающей резины расположены нерегулярно, так что расстояния между ними постепенно изменяются от узких к широким. Это делается для того, чтобы на ходу шины не свистели при такой неравномерности слышно только шипение случайного характера. [c.230]
Возникает интересная возможность покрывать поверхность дороги канавками, в какой-то мере аналогичными бороздкам граммофонной записи, и создавать таким образом нечто вроде говорящих дорожных знаков. К сожалению, высота голоса дороги будет меняться в зависимости от скорости автомашины мы услышим голос Поля Робсона при малой скорости и писк утенка Дональда (из мультипликаций Диснея)— при высокой. Можно было бы применять постоянные знаки, залитые в бетон, и изменяемые знаки, создаваемые выдвиганием специальных планок над поверхностью дороги при помощи гидравлического устройства. Поскольку предлагаемая система Никогда не сможет быть использована для рекламных целей, она имеет ряд преимуществ, например может служить для предупреждения о дорожных пробках на шоссе при тумане. [c.231]
Подобный тип исходных возмущений встречается во многих механизмах. Если располагать зубцы циркулярной пилы не строго регулярно, можно было бы, тщательно рассчитав промежутки между ними, растянуть по частоте спектр как аэродинамических возмущений, так и колебаний самой пилы. Для этой же цели в охлаждающих вентиляторах радиаторов автомашин нарушают регулярность в расположении Лопастей, что придает им непривычный вид. То же можно сделать с резцами фрез фрезерных и фасоннофрезерных станков и с канавками сверл. [c.231]
Однако, если бы все эти исходные возмущения можно было бы отъединить от их усилителей и излучателей-громкоговорителей, жизнь стала бы гораздо тише. Поэтому, если нам и не удается снизить исходные возмущения, еще не все потеряно во многих механизмах можно достаточно эффективно воздействовать на остальные два звена шумопроизводящей цепочки. [c.231]
Этому вопросу были посвящены многие исследования первым начал их д-р Тео Прид, работая з одной промышленной компании затем он продолжил изучение вопроса, перейдя в Институт исследования шума и вибраций в Саутгемптонском университете. Промышленная компания изготовляла оборудование для впрыскивания горючего в дизелях чтобы доказать, что инжектор не вносит существенного вклада в шум дизельного двигателя, было предпринято изготовление малошумящего дизеля. Попытки оказались удачными, и было создано два типа двигателей, уровень шума которых субъективно имел, грубо говоря, половинную громкость по сравнению с двигателями обычного типа. Проблема постройки малошумного двигателя решалась двумя путями. Первый— изготовление двигателя с сильно задемпфированными стенками, второй — использование таких материалов и такой формы картера и цилиндрового блока, при которых их жесткость возрастала настолько, что резонансные частоты увеличивались примерно в 5 раз. [c.232]
Наибольшие вибрации в дизельном двигателе испытывает коленчатый вал. Это вызвано, как и следо вало ожидать, тем, что все скачки давления в камерах сгорания непосредственно передаются на вал. К сожалению, на одном конце вала имеется шкив, и этот шкив ведет себя подобно громкоговорителю. При испытании описываемого экспериментального экземпляра двигателя оказалось, что, если снять шкив, шум на частоте 1600 Гц (собственная частота шкива) снижается на 25 дБ. Поэтому был сконструирован шкив из двух частей, что позволило изолировать его от вала центральная втулка укреплялась на валу, а наружная часть шкива, с большим диаметром отверстия, соединялась с ней при помощи резиновой муфты. По сравнению с обычной конструкцией шкива это давало 15 дБ выигрыша на частоте 1600 Гц. [c.233]
Другой тип двигателя был построен совершенно иначе и во многих отношениях меньше подходил для практического осуществления. Картер и цилиндровый блок были отлиты из магния, и толщина их стенок составляла около 30 мм. Вследствие малой плотности магния вес двигателя не превышал обычных значений, но ввиду большой толщины стенок их жесткость на изгиб значительно повысилась. Возникли существенные практические проблемы, связанные с малой прочностью магния на разрыв, а также с его подверженностью гальванической коррозии, но эти трудности удалось преодолеть. Двигатель был снабжен сильно задемпфированными крышками распределительного устройства и клапанных рычагов, а также звукоизолированными маслоотстойником картера и шкивом коленчатого вала, аналогичными тем, которые были применены в экспериментальном двигателе первого типа. [c.234]
Описываемая конструкция обладала двумя досто- инствами. Высокая изгибная жесткость стенок снижала амплитуду вибраций на низких частотах, а обусловленное жесткостью увеличение собственных частот переводило резонансы в ту область, где компоненты Фурье внутрицилиндрового давления имели уже малую величину. По сравнению с первым типом этот двигатель имел преимущество на низких частотах и давал примерно тот же результат на средних и высоких частотах. [c.234]
Успехи, достигнутые при разработке описанных двигателей, можно, разумеется, использовать и для огромного множества других механизмов. Например, предупреждение резонансных явлений относится к наиболее плодотворным методам снижения уровня шума любого механизма. Один из способов добиться этого — ввести затухание. Очевидно, лучше всего получать требуемое затухание, применяя материалы, для которых характерно именно малое усиление колебаний при резонансе. Резина — хорошо известный представитель этой категории материалов для ее структуры типично наличие длинных молекулярных цепей, скользящих одна по другой при деформации материала, при этом происходит потеря колебательной энергий вследствие трения. [c.235]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...