面向滑动轴承的主动降噪机理及技术研究

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滑动轴承作为重要的支撑部件广泛应用于旋转类机械产品中,在服役过程中不可避免的会因为振动而产生噪声,这种噪声频率低、周期循环性强,易使人感到疲惫烦恼。现阶段降噪方式有主动降噪与被动降噪两种。被动降噪主要用于减少中、高频噪声,而对于旋转机械所产生的低频噪声,降噪效果甚微。主动降噪主要通过对噪声频谱的实时捕捉,获取其特征信号,进而生成降噪声波。这种方法以噪声本身为研究对象,容易受到外界信号的干扰,而且针对性不强,难以有效实施与推广。因此本文以滑动轴承为主要研究对象,提出一种智能主动降噪装置。考虑到有限空间内,滑动轴承所产生的噪声大都源于转子振动,因此若将转子的振动问题映射成噪声声波的频谱特征后,噪声频谱的实时捕捉问题就转化为对轴承转子系统的振动机理或是动力学行为的研究,通过实时构建振动与噪声之间的映射关系,最后将处理的振动信号(相位相反)回归为降噪声源的频谱,即可实现自适应主动降噪,解决了现有降噪装置在滑动轴承时变工况下易受干扰、降噪效果难以满足需求等问题。本文首先对滑动轴承转子系统动力学以及主动降噪的国内外研究现状进行综述,并分析了目前降噪方法存在的不足。提出针对滑动轴承的智能主动降噪装置,降低轴承噪声,改善密闭空间环境,提高工人的工作体验。本文主要研究内容如下:(1)对滑动轴承在运行过程中的润滑状况进行了分析,并通过雷诺方程,求得不同工况下滑动轴承的运行情况,之后通过动力学分析,得到了不同工况下轴颈振动的变化情况。(2)对主动降噪的基本原理从声学角度进行了阐述,并通过有限元分析软件进行了振噪耦合,求得不同工况下滑动轴承产生噪声的大小,并通过声学参数声压级进行表述。在Fluent流体软件中建立了滑动轴承两相流油膜模型,模拟非理想工况下滑动轴承运行状况,根据求得的油膜压力,在Matlab软件中进一步计算求得轴颈的运动情况。(3)分别在理想运行状况以及非理想运行状况下进行振噪耦合分析。理想状况下,研究滑动轴承的结构参数和工况特征参数对声压级的影响规律。通过正交试验的方法研究润滑油粘度,密度,轴颈转速,外载荷幅值,偏心率对声压级的影响程度,同时研究了滑动轴承表面粗糙度对声压级产生的影响。结果表明:当降低轴颈转速、外载荷、偏心率和润滑油粘度时,所产生声压级减小;润滑油密度对声压级影响很小;波纹度会引起轴颈位移的小幅波动,但这些小波动对声压级的影响不大。正交试验结果表明,外载荷对声压级的影响最大,其次为偏心率,粘度和速度对声压级的影响趋势相似,润滑油密度对声压级几乎没有影响。非理想状况下,研究润滑油中水分、气泡和颗粒等不同含量,包括入油口直径大小和两相流下润滑油粘度对滑动轴承运行状况所产生的影响。结果表明,当润滑油粘度增加时,所产生噪声增加;入油口直径增大,声压级也增大,但增加趋势逐渐减小;当润滑油中含水量,含气量,以及颗粒含量增加时,滑动轴承运行所产生声压级减小。(4)进行了降噪声波的构建与拟合。根据声波干涉原理,当两列频率相同的声波在空间某一点相遇时,其合成声压与相位差有关,因此研究了相位变化对降噪效果的影响。结果表明,当相位相差0度到90度时,没有降噪效果,反而噪声增加;当相位相差90度到180度时,降噪效果逐渐增加;当相位相差180度时,降噪效果最佳,与主动降噪理论一致,表明本文提出的智能型滑动轴承自适应主动降噪方法具有一定可行性。
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