机器转动自由度的结构声功率流的预测

　　0　引言

　　传统的结构噪声控制,用力的传递率和位移传递率来描述隔振系统的特性[1].显然,力和位移都不是用来描述机器通过支架向基础传递结构噪声的最合适的物理量,因为它都会受到基础特性的影响.表征结构噪声最恰当的物理量应该是振动从机器向基础传递的功率流.对于结构噪声,除了平动的成分之外,还应该考虑转动成分,因此这种功率流的传递应该是多自由度的. 1995年英国利物浦大学的Andy Moorhouse等人,利用机器的自由源速度、隔振支架的劲度系数和基础的导纳成功地预测了弹性安装条件下机器向基础发射的功率流[2].但是,由于机器在转动时的复杂机理以及有关转动参量测量的困难,对转动分量的预测,一直未获得为大家所接受的方法和结果.

　　本文以一台650W的风机为例,以传统的弹性安装模式建立一个简化模型,获得了机器转动的劲度系数,利用实验室研制的力矩激励器,成功地测量了水泥地板的力矩导纳,从而预测出机器向基础传递的转动结构声功率流.

　　1　机器在弹性安装条件下的转动劲度系数

　　在建筑物中,振动机器的结构噪声控制,最有效的方法是在其支撑点和其它与建筑结构相接触的点,采用隔振支架和弹性连接.通常机器有四个安装点,每个安装点由隔振支架支撑于基础(地板)之上.

　　一般在隔振设计时,知道了机器的扰动力频率或外界干扰频率f,则可设计隔振系统的固有频率f0,使之满足f>(2-5)f0,才能有较好的减弱振动传递的效果.因此机器和弹性支架系统的固有频率应设计在尽可能低的数值[1].机器平动时,四个弹性支架可以抽象为一个弹性支撑,其等效劲度系数Kf应为四个弹性支架并接,若每个支架的劲度系数为K,则Kf=4K,如图1 (a)所示.如果机器质量为M,系统的固有频率为f0,则

　　本文供测量的小型排气风机的质量约为25kg,若选取固有频率f0=5Hz,由此估算出

　　机器的转动劲度系数,应定义为即机器偏转角θ与弹性支架作用力矩的比值.显然机器在不同方向的偏转,Km值是不同的.设机器在x方向偏过θ角,所对应的弧长为S,因此有

　　2　机器的结构声功率流

　　如果略去机器的四个安装点之间的相互作用,我们可以建立如图2所示的简化模型:一台机器由单一弹性支架支撑.若地板安装点导纳,作为一个复数量,表为Yf,机器振动通过弹性支架向地板传递的平动功率流可以表示为:

　　当弹性支架的导纳远大于地板导纳时,上式又可近似表示为

(1)

式中Re[Yf]为Yf的实数部分.Fs,Kf和v0分别表示作用于地板的力,弹性支架的劲度系数和机器的自由源速度.