Файл: Борьба с шумом в черной металлургии..pdf

пикающего таким образом шума происходит частично с колеблющихся деталей подшипника и, в значительно большей мере, с сопряженных с ним конструкций. Вслед­ ствие этого важное значение приобретает выбор конструк­ ционных материалов для изготовления деталей подшипника и подшипниковых опор. В подшипниках наряду с наиболее распространенными стальными штампованными сепарато­ рами применяют массивные сепараторы из латуни, алю­ миния, металлокерамических материалов (железные и брон­ зовые порошки). Показано, что материал шариков под­ шипников влияет на шум подшипников [69].

Шум двигателей внутреннего сгорания можно снизить путем рационального выбора металла для изготовления деталей и, главным образом, блока и головки цилиндров двигателя [49].

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ЗВУКОИЗЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

При ударе возмущение, порожденное в точке соударе­ ния, распространяется в телах с конечной скоростью, и его отражение от граничных поверхностей вызывает коле­ бание соударяемых тел. Отношение энергии возбужденных колебаний Е2 к начальной энергии Ег удара можно выразить формулой:

где ѵ0 — скорость удара, сх — скорость распространения звука в теле.

Колебания и звук, возникшие при действии единич­ ного силового импульса на механическую систему, зату­ хают в результате рассеяния энергии. Рассеяние энергии при механических колебаниях обусловлено внутренними и внешними потерями [65]. К внутренним относят потери, обусловленные внутренним трением в металлах и сплавах. Внешние потери возникают вследствие трения в сочленениях отдельных элементов механической системы, т. е . 'в по­ движных (подшипники, направляющие) и неподвижных

(болтовые, шлицевые, заклепочные) соединениях, трения о среду, в которой происходит колебание системы (воздух, газы, вода, масло, расплавы и т. п.).

Вследствие сложности характера звукоизлучения меха­ нических систем при исследовании используют упрощен­ ные модели — стержни, пластины, диски. Это облегчает анализ зависимостей между характеристиками излучае­ мого при колебаниях звука и физико-механическими свой­ ствами колеблющейся системы. Практическое значение имеют исследования характеристик звука, возникающего при поперечных колебаниях, так как они являются причиной интенсивного звукоизлучения и переносят основную долю энергии при распространении колебаний по металличе­ ским конструкциям.

При рассмотрении процесса возникновения ударного шума была выбрана в качестве источника звука пластина, возбуждаемая ударом [109]. При этом пластина предпола­ галась двухмерной.

Основные положения звукоизлучения пластин рассмот­ рены в работах [6, 11, 50, 59, 113, 119].

Мощность излучаемого звука. Мощность звука Р, излу­ чаемого бесконечной пластиной при возбуждении колеба­ ний нормальной сосредоточенной силой F, можно опреде­ лить по формуле [119]:

звуковой волны в воздухе, м; с — скорость звука в воздухе, иісек; Кг — переменная.

Значение ѵ (Кг). определяют, используя зависимость звукового давления от скорости колебаний поверхности пластины, выраженную следующим уравнением:

146

соответствовала бы выходной механической мощности при

т. е. потери звуковой энергии будут расти по мере умень­ шения Кв-

Влияние потерь на звуковую мощность учитывают пу­ тем введения комплексного модуля упругости и, следова­

При подстановке в уравнение (86) значения v (Кг), определенного из формулы (87), а также используя фор­ мулу (89), получают мощность звукового излучения с учетом потерь энергии [6]:

стоянная, зависящая от материала пластины и окружающей

частота, при которой фазрвая скорость распространения свободных изгибных волн в пластине равна скорости звука в окружающей среде, гц.

Так как величина 8]/mD представляет входной импе­ данс пластины, находящейся в вакууме, без диссипации

энергии колебаний, то FV16]/mD соответствует мощности, вводимой в пластину сосредоточенной силой F. Коэффи-

без потерь. Мощность звука, излучаемого пластиной при отсутствии потерь,

Р0 = F" . (91)

Существенная часть упругой энергии теряется в мате­ риале, из которого изготовлена пластина. Подобный вид потерь определяется внутренним трением. Причина повы­ шенного интереса к потерям, вызываемым внутренним трением, обусловлена необходимостью получения метал­ лов и сплавов, обладающих большой демпфирующей спо­ собностью и относительно высокой прочностью. У металлов внутреннее трение сравнительно невелико, и если характе­

Определим влияние внутреннего трения на мощность звука, излучаемого пластиной. При этом, считая основными потери на внутреннее трение в металле пластины, уравнение (90) можно записать следующим образом:

(93)

С целью определения влияния внутреннего трения на мощность звука в диапазоне низких частот разлагаем в ряд

Ѳ

по — подынтегральное выражение (93). Ограничившись двумя первыми членами для диапазона низких частот, по­ лучаем

148

На частотах выше критической (у > 1), воспользовав шись представлением для о-функции

рен. Исследования показали, что относительное различие уровней звукового давления в частном спектре для слу­ чаев возбуждения колебаний периодической и ударной силой проявляется, в основном, на средних частотах (рис. 76) 150].

Согласно приведенным данным, длительность механи­ ческого импульса оказывает влияние на среднечастотную область спектра.

Так как продолжительность контакта соударяемьіх тел оказывает влияние на частотный спектр звука, рассмотрим

149

можно пренебречь и продолжительность удара значительно превосходит период наиболее медленных собственных коле­

величину звукоизлучения тонких прямоугольных плит предложен способ расчета [35], основанный на законе изме­ нения во времени силы взаимодействия между свободно падающим ударником и поверхностью. В результате полу­ чена простая формула, учитывающая снижение уровней звукового давления в зависимости от частоты колебаний и длительности контакта при ударе:

(99)

где /о= 0,465/х— частота, с которой начинает проявляться влияние контактных явлений, гц; г — длительность кон­ такта при ударе, сек; f — частота колебаний пластины, гц.

Длительность контакта при ударе определяется на осно­ вании теории местных деформаций Герца. Однако распростра­ нение теории Герца на случаи контакта металлических тел несколько ограничено. Наиболее удовлетворительным в случае пластических деформаций при контакте металличе­ ской сферы и плоской металлической поверхности является статическое соотношение [129]:

го характера, смятие и диаметр остаточного кратера могут быть связаны зависимостью а2 = 2Ra, причем предполага­ ется, что деформации в плоской поверхности вне области контакта отсутствуют.

Процесс соударения недеформирующейся сферы с менее твердой металлической поверхностью характеризуется прос­ тым соотношением:

d2a

17*

150