清淤机的消音器设计【独家含proe三维及5张CAD图】
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充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸1清淤机的消音器设计摘要随着 21 世纪改革开放以来,我国的经济有了飞速的发展,加上科学技术的日益提高,人们的生活水平也有了质的提升,清淤机开始走进了千家万户,随之而来的大气污染和噪声污染也一直困然着人们的生活和我们一直平静祥和的大自然!这使得我国的清淤机数量迅速增加,带来的交通问题也日益险峻,而其中,私家车增速最快,在大城市里,几乎每个家庭都拥有一辆私家车,有的家庭里甚至人手一辆!这样导致的噪声污染就尤其严重。噪声的危害是多方面的,轻微的噪声会影响人们的休息与睡眠,严重的噪声甚至会损伤人的听力、诱发各种疾病甚至影响人们的心理健康容易使人产生焦虑、失眠等状况。德国柏林环境署在一份研究报告中指出,在平均 70 分贝的噪声中可使人们心肌梗塞发病率增加 30左右,特别是夜间受扰,发病率更高。在极强烈的噪声如高达 140 分贝环境下,则会引起听觉器官发生急性外伤,特别的噪声还会损坏建筑物和仪器设备等。清淤机的噪声包括了各种不同性质噪声的综合性噪声源,清淤机噪声源大致可以分为发动机噪声和底盘噪声。发动机噪声是清淤机噪声源的主要部分。发动机噪声再细分又可以分为空气动力性噪声、燃烧噪声和机械噪声。其中空气动力性噪声主要包括进气、排气和风扇噪声,而其中,排气噪声又是发动机最大的噪声源,进气噪声稍次之,随着对噪声控制要求的提高,发动机噪声的处理问题显得日益突出,国内外都十分重视降低清淤机发动机噪声。因此,为了降低我国清淤机噪声水平,首先应以控制发动机动力噪声问主要目标,把握关键,再辅助从其它方面更好的降低清淤机噪声水平。关键词 噪声 消声器 清淤机 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸2AbstractSince the reform and opening up in twenty-first Century, Chinas economy has developed rapidly, and science and technology increasing, peoples living standard also has been a qualitative improvement, the car started to enter thousands of households, air pollution and noise pollution there has difficulties with natural peoples lives and we have been peaceful nature! This makes Chinas number of cars is increasing rapidly, the traffic problem has caused increasingly steep, and among them, the fastest growth rate of private cars, in the big city, almost every family has a car, some families even a staff! Noise pollution is particularly serious cause. Noise harm is various, slight noise will affect the rest and sleep of people, serious noise induced hearing, even disease damage people even affect peoples mental health is easy to produce anxiety, in somnia and other conditions. Germany Berlin environment department said in a research report, the average 70 dB noise can make people 30% increase in the incidence of myocardial infarction, especially at night, disturbed, a higher incidence. The noise is very strong as high as 140 dB environment, will cause the auditory organ of acute trauma, noise also special damage to buildings and equipment etc.The noise of the car including a comprehensive noise source all kinds of noise, car noise source can be roughly divided into the noise of the engine and chassis noise. Engine noise is the main part of vehicle noise. The noise of the engine is subdivided and can be divided into the air dynamic noise, combustion noise and mechanical noise. The air dynamic noise mainly comprises an air inlet, exhaust and fan noise, of which, the exhaust noise is the biggest source of engine noise, the intake noise slightly times, along with the noise control requirements increase, deal with the problem of engine noise is becoming increasingly prominent, at home and abroad have attached great importance to reduce engine noise. Therefore, in order to reduce the noise level of our car, first of all should be to control the engine noise asked the main goal, grasp the key, then assisted in other ways, better to reduce automobile noise level.Keywords:Noise Muffler Dredging machine 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸3目录第一章 绪论 .41.1 清淤机消声器现状 .41.2 清淤机消声器模型快速研制的任务和特点 .5第二章 清淤机消声器的总体设计 .62.1 消声器分类 .62.2 消声器工作原理 .82.3 消声器的选择 .82.4 消声器结构设计 .9第三章 快速研制的加工工艺 .103.1 产品三维模型的构建 .103.2 三维模型的零件设计 .103.3 零件成型加工 .12第四章 实体零件的性能分析 .144.1 消声器的声学性能 .144.2 消声器的空气动力性能 .144.3 消声器的结构性能 .16第五章 结论 .17致谢 .18参考文献 .19 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸4第一章 绪论1.1 消声器现状在消声器研究和发展的历史进程中,首先出现的是无源消声器,主要包括以下几种类型:阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合型消声器。之后从二十世纪三十年代开始,消声器的研究工作进入了一个快速发展的时期,德国物理学家研究并制造出了一种不同于无源消声器的消声器,即现在所称的有源消声器。在清淤机工程应用领域,排气噪声的控制主要是安装无源消声器,这种广泛的应用所带来的经济效益又更能促进无源消声器的研究,这也使得无源消声器的技术越来越成熟2。 消声器的理论研究历史比较久远,上世纪二十年代美国首先提出了抗性声滤波器理论。而 50 年代到 70 年代是消声器理论研究发展最快的时期,在六十年代末期,日本教授福田基一在消声器理论研究方面做出了杰出的贡献。在实验研究方面,上世纪 50 年代才越来越多,我国在这一方面的研究与世界发达国家相比要晚很多,从 1979 年颁布机动车辆噪声标准以后才开始的。消声器研究设计知识面广,工作复杂,早期主要采用实验方法进行研究。90 年代后,在充分掌握了消声器设计计算的基本理论和分析方法后,已经能比较精确地计算穿孔消声器的消声性能。而王诗思和高宗英在抗性消声器插入损失模型上的研究发现,以及胡立臣推导出六种不同消声单元的传递矩阵并在实际中的具体应用,都对消声器的理论研究起到了很大的推动作用。当然,这些分析计算都是基于一维理论开展的,而在实际的声波传播都是二维或者三维的,上述理论在实际应用中的准确性就有待商榷了。在面对这一难题的时候,计算机技术的出现产生了很大的作用,有限元法和边界元法5数据量大,由于计算机技术的迅猛发展得以进行实际应用。通过计算机模拟计算,节省了消声器开发成本,加快了消声器开发进程,目前,各消声器研究机构和厂商都在应用该项技术,计算机在消声器设计上的应用也日臻成熟。本文也是基于有限元法对消声器消声性能进行设计改进。1.2 高阻尼材料镁合金的应用 随着工业和交通业的不断发展,振动和噪声已成为三大公害之一。由疲劳、噪声和 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸5振动产生的危害可以通过减低材料或结构的振动幅度来降低,主要有三种方法:(1)将结构件设计得足够庞大和坚固,以降低振动振幅;(2)巧妙设计结构件,以使它避开共振条件;(3)振动能够被很快地衰减下来。第一种方法从成本和重量方面考虑是不可取的;第二种方法是传统的结构设计所经常采用的方法,但如果振动谱非常复杂,则这种方法也只能部分解决问题。在前两种传统的防噪减振措施不能满足需要时,人们希望有一个根本解决问题的方法,即寻找高阻尼材料,将振动和噪声抑制在发生源处。阻尼本领是材料的一种性质,它能够将材料的机械振动能量通过内部机制不可逆地转变为其他形式的能量(通常是热能)。高阻尼材料可以分为两大类:有机系统和金属系统。具有粘弹性阻尼特性的有机涂层或夹层具有较高的阻尼本领,且对外加电磁场不敏感,而在室温附近得到了较多的应用,但由于很容易被环境(水、油等)所污染,所以它们只在特定的频率和温度范围内才是有效的。某些金属和合金,在具有足够的强度和韧性而作为结构材料的同时,还具有不依赖于频率、相对于塑料来说较小地依赖于温度的、较高的内禀阻尼特性,因此得到了广泛的应用。在所有金属结构材料中,镁合金阻尼性能最好,阻尼系数是铝合金的 15 倍,钢的60 倍,阻尼系数越大,振幅衰减越快,减振性能越好;高的阻尼容量和良好的消振性能,使其可承受较大的冲击振动负荷,适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。此外,镁合金是比重最小的金属结构材料,比重约是铝的 2/3,钢的 1/4,因此在轻量化方面具有得天独厚的优势。正是由于以上两大特质以及电磁屏蔽性等其他优点,镁合金广泛应用于航空航天、军事等尖端领域和交通、3C 等民用领域。镁合金可满足航空航天、军事领域对轻质材料吸噪、减振、防辐射的要求,可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。在国外,B36 重型轰炸机每架用4086kg 镁合金簿板;喷气式歼击机“洛克希德 F80”的机翼用镁板,使结构零件的数量从 47758 个减少到 16050 个;“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg 的变形镁合金;“季斯卡维列尔”卫星中使用了 675kg 的变形镁合金;直径约 1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件:一个型号的飞机最多选用了 300400 项镁合金构件;一个零件的重量最重近300kg;一个构件的最大尺寸达 2m 多。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸6镁合金应用于交通领域尤其是汽车零件的不仅可减轻整车重量,间接减少燃油消耗量;而且减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可降低噪声,用于座椅、轮毂可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。目前用于汽车上的镁合金零件至少有 60 种,主要有仪表盘、座椅骨架、方向盘、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂等。使用镁合金轮毂可减少汽车引擎、悬吊托架及变速箱的振动,提高其使用寿命;同时也提高了汽车行驶过程中的平稳性、安全性和舒适性。据报道,美国研制的一种镁合金汽车轮毂,在轮胎被扎破之后仍能以不高于 48km/h 的速度行驶,汽车不受损害,可防止人身事故。而对骑摩托车或自行车的人而言,更低的振动性意味着更高价值的享受。高阻尼材料和结构设计结合的一个很好的例子是泡沫镁合金,由日本名古屋工业研究所于 1999 年 5 月研发成功,具有极好的吸振和耐高温性能,可用于汽车防撞杆和消声器。3C 产品 (计算机、通讯、消费类电子产品)是当今全球发展最快的产业,镁合金非常适合制造便携式 3C 产品外壳。虽然密度是塑料的 1.5 倍,但在刚度、散热性和可回收方面都优于塑料。镁合金良好的减振性能可大大减少噪声和振动,有助于减少外界振动源对内部精密电子、光学组件的干扰。早在 1992年日本笔记本电脑厂商就推出了镁合金产品,1998 年以后日本所有的笔记本电脑厂商,诸如 Sony、Sharp、Hitachi 和Panasonic 等均推出了镁合金外壳机型,目前 38mm以下机种已全部采用镁合金外壳。2003 年日立金属将镁合金成功运用于卡西欧(Casio) 的数码相机 EXILIMEXS3的外壳中,并获得当年国际镁合金协会的最优化设计的奖励。我国联想和华硕也在部分高端产品中逐渐开始采用镁合金外壳。随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越高,在 3C产品的外壳应用上,镁合金已有逐步取代 ABS、PC等材料的趋势。开发具有大的阻尼本领的阻尼材料在减振、防噪和提高结构件的性能等方面具有重要的意义,将成为 21世纪材料科学研究的热点之一。对于具有高阻尼性能的镁合金而言,如何解决阻尼性能和力学性能之间的矛盾,开发同时具有高阻尼和足够力学性能的镁基阻尼合金是高性能镁合金开发的重要课题之一。目前已开发及使用的镁基阻尼合金基本为铸造镁合金,通过热机械加工工艺如挤压、热轧和等通道角挤压等以及热处理工艺,研究和开发镁基阻尼合金将是未来该领域的重要方向。(来源: 重大装备技术) 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸71.3 清淤机消声器模型快速研制的任务和特点(1)用计算机辅助软件设计和构建出清淤机消声器三维模型(2)把计算机构建的三维模型进行数据处理,转换成 STP 文件(3)对消声器实体零件加工进行分析(4)分析消声器实体零件性能达到一定的消声效果,具有实用性。此次毕业设计是一次好的学习和锻炼机会。通过计算机的三维模型构建,设计出具有一定实用性的清淤机消声器,较好完成本课题的毕业设计及提交合格论文。 1.3 本文研究内容随着我国清淤机保有量的不断增加,清淤机噪声逐渐成为主要的环境污染源。控制清淤机噪声成为非常迫切的问题。 国家规定清淤机 A 噪声限值为 74dB。一个好的消声器可大大降低清淤机排气噪声,因此研制高性能的排气消声器,便成为降低清淤机噪声,从而降低城市环境噪声的首要任务。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸8第二章 清淤机消声器的总体设计2.1 消声器的分类消声器是噪声减噪控制过程中应用极为广泛,是一种能同时让气流通过而又能阻碍和衰减噪声向外传播的装置,通常用在空气动力性噪声的控制,主要安装在气流进、排气口或气流通道上,一个消声性能良好的消声器,可降低 2040dB 由气流产生的噪声。消声器的种类很多,按消声机理和结构,可大致分为以下五类:阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合性消声器,有源消声器和微穿孔板消声器,特别是前三种应用最为广泛。1阻性消声器阻性消声器主要是利用能量吸收的原理,在气流通道内填充吸声材料,声波在消声器通道内传播时会与多孔吸声材料产生摩擦阻力和粘滞阻力,使一部分声能转化为热能,起到消声作用。阻性消声器的消声频率范围(频带)较宽,特别是对中、高频率的噪声具有较好的减噪作用,但是对低频噪声则基本没什么作用,因此常使用阻性消声器控制进排气噪声。常用吸声材料有玻璃纤维丝、低碳钢丝网、毛毡等。形式有单通道直管式、片式、蜂窝式(或列管式) 、弯头式、迷宫式等。主要运用于通风空调系统管道、机房进出风口等。2抗性消声器抗性消声器是根据声波的过滤原理来制造的,借助于管道截面的突然扩张(或收缩)或旁接共振腔,使沿管道传播的某些频率的声波经过这些个消声单元,会向声源方向发生干涉和反射等,通过改变声波的传播特性,阻碍声波能量向外传播, 。主要适用于消除低、中频率的窄带噪声,对宽带高频率噪声则效果差,因此常用来消除如内燃机排气噪声等。形式有扩张式(或膨胀式) 、共振式、微穿孔板式、干涉式等。主要用于消除柴油机等中低频为主的设备噪音。 3阻抗复合型消声器阻抗复合型消声器是同时把阻性与抗性两种消声结构适当组合起来而构成的,将扩张室、共振室和吸声材料组合在一起而构成的消声元件,其同时具有抗性、阻性的共同特点,对各个频带的声音都有很好的减噪效果,其优点是耐高温、耐腐蚀、阻力小等;缺点是加工复杂,造价高。常用的阻抗复合式消声器有 “阻性-共振腔复合式” 、 “阻性-扩张室共振腔复合式” 、“阻性-扩张室复合式”和“微穿孔板”消声器。在对一些高强度、宽频带噪声的控制工程中,一般都采用这几种复合式消声器进行降噪,在实际应用中阻抗复合型消声器的消声值通常由实验或实际测量确定(静态和动态消声性能) 。4微穿孔板消声器 4 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸9微穿孔板消声器是我国在长期的噪声控制过程中研发的一种新型消声器。它主要是利用了微穿孔吸声的原理,通过选择微穿孔板上的不同穿孔率与板后的不同腔深,能够在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。与阻性消声器不同的是,它用许多微孔取代了吸声材料,孔的孔径一般为 0.8-1.0mm,开孔率控制在 1%-3%之间。由于采用金属结构代替消声材料,因此微穿孔板消声器比前述消声器具有更广泛的适应性,它能耐高温、耐腐蚀、不怕油雾和水蒸气,还能在高速气流下使用,尤其适用于内燃机、空压机的放空排气。5.有源消声器有源噪声控制是有别于利用吸收、隔离、阻尼等被动手段的无源消声技术的一种噪声控制技术,他是基于声波的干涉原理,利用人为附加声源或者次级声源(如图 2-2 所示) ,来与噪声源或初级生源(如图 2-1 所示) ,形成相抵消干涉来达到消声的效果,特别适用于采用无源方法难以控制的低频噪音 5。初级声源与次级声源相抵消的效果(如图 2-3 所示) 。其控制原理有三种:抵消、改变原始噪声的辐射特性、吸收。有源噪声控制系统以其在低频段具有消声量大、体积小、不会造成气流阻力等独特的优点而受到人们的重视。不过其不适合用于车辆的消声控制中,而是适用于空调房、录音室、播音室、声学实验室等接受噪声的对象不再是人耳的场合。图 2-1 原始声源发出的波形图 2-2 次声源发出的波形 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸102.2 消声器工作原理清淤机消音器的原理就是其排气管是由两个长度不同的管道构成,这两个管道先分清淤机消声器开再交汇。由于两个管道的的长度差值等于清淤机所发出的声波的波长的一半,使得两列声波在叠加时发生干涉时相互抵消而减弱声强,使声音减小,从而起到消音的效果。 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列,就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时,一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路,吸声材料类似于电阻。因此,人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果好、对低频消声效果较差。 2.3 消声器的选择消音方法的选择:方案一,将结构件设计得足够庞大和坚固,以降低振动振幅;方案二,巧妙设计结构件,以使它避开共振条件;方案三,振动能够被很快地衰减下来。第一种方法从成本和重量方面考虑是不可取的;第二种方法是传统的结构设计所经常采用的方法,但如果振动谱非常复杂,则这种方法也只能部分解决问题。在前两种传统的防噪减振措施不能满足需要时,人们希望有一个根本解决问题的方法,即寻找高阻尼材料(减振合金) ,将振动和噪声抑制在发生源处。与其他材料相比具有足够的强度和韧性而作为结构材料的同时,还具有不依赖于频率、相对于塑料来说较小地依赖于温度的、较高的内禀阻尼特性,即采用第三种方案。设计思路:了解消音器与清淤机内部的联接,讨论整合清淤机消音器的种类和方法,根据要求进行消音器装置参数的确定并选择减振合金为此消音器的金属材料,设计出消音器的装配图,并且做好其间的计算说明书。作为清淤机消声器的设计,主要从经济的角度出发,将选择抗性共振式消声器,扩张室消声器因为其结构简单、消声性能良好式抗性消声器最常使用的结构形式。因其结构简单,所以加工制造成本低廉而广为各大厂商所采用,故我也选择了这种结构。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸112.4 消声器结构设计通过多通道使住气流分流,再由各分气流相互冲击,使气流流速减缓,经过多次这样的过程,达到废气通过排气管缓慢流出,以达到消音目的或减缓废气的压力!具体结构请看二维建模后的效果图图 2-4 清淤机消声器二维结构2.5 消声器的三维建模方案从这个消声器的结构来说,我将使用 ProENGINEER 4.0 进行消音器的三维建模设计。首先确定消声筒的外形尺寸,然后做出外形,之后再根据起结构原理进行单个零件的结构设计。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸12图 2-7 清淤机消声器的三维模型2.6 难点及解决方案就是在于如何使消音量做到最优化,如何设计出最优的结构,兼顾经济性和实用性!解决方案就是通过调整谐振腔 1 和谐振腔 2 的大小来测试消音量 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸13第三章 快速研制的加工工艺3.1 产品三维模型的构建根据消音器的原理图设计结构,通过计算得出的尺寸进行消音器声筒及其内部零部件的三维模型创建。首先消声筒是一个椭圆筒,通过实体测量,筒长大概为 400mm,椭圆界面的尺寸为 200mm100mm;然后进气管和排气管的尺寸和内部结构经过计算得出的。3.2 三维模型的零件设计通过 ProENGINEER 4.0 里的零件造型模块进行每个零部件的三维造型设计,之后再进行其所有零件的装配!消音器的工艺参数为:蒸汽排放绝对压力:40 kg/ cm2,排汽温度:390,蒸汽比容 : 0.0721 m3/ kg,排汽流量 Q:8t/h;噪声达到 110dB 以上,要求消音器的噪声小于 85dB 的环保要求。一、 设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压,预先消耗部分声能,再dB 与小孔降噪相结合,达到较高的消声量;其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理,通过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论,从发声机理上使它的干扰噪声减少,由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比,若喷口直径变小,喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频,于是低频噪声被降低,高频噪声反而增高,当孔径小到一定值(达到mm 级) ,实验表明,当孔径4mm 时具有移频作用,喷注噪声将移 第 2 页 共 5 页 2 到人耳不敏感的频率范围(听觉最敏感的区域 2505000 赫兹) ;根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替,便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑,孔径不能选得过小,因为过小的孔径不仅难于加工,同时易于堵塞,影响排汽。一般选用直径 13mm 的小孔为宜。2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小,适当设计通流截面,使高压气体通过节流孔板时,压力都能最大限度地降低到临界值。这样通过多级节流孔板串联,就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸14功率与压力降的高次方成正比例,所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空,这样能使消音器内流速控制在临界流速下,不致产生激波噪声,压力在最大限度地降到临界值,使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小,小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄,这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力通常是给定的,当排放压力较高时,为了取得所需的消声值,经过几次节流降压,使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力 P1 按比例降低设计;通常情况下,节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降,设节流孔板级数为 n,临界压力比为 q (q1) 。 二、 结构设计 根据上述原理,经综合分析,本消音器考虑采用节流降压与小孔喷注相结合的结构,首先为保正小孔喷注有良好的消音效果,据资料2上的经验数据表明,将小孔喷注层的驻压确定为 510kgf/cm2,则小孔喷注将获得较好的效果;再根据预定的小孔喷注层的驻压及1式,就可确定消音器节流降压所需要的级数。 1)节流前后的降压比 q 值的确定 节流前后的压降比 q 值的取值,对高压排放的节流降压装置,通常按临界状态或亚临界状态设计;根据资料1 ,临界状态下,过热蒸汽的压降比为 q=0.546,q 值过大,各级压力降低缓慢,所需节流级数增多,致使消音器体积增大;q 值过小,不能有效地把流速控制在临界流速下,仍会产生强烈的激波噪声,会使消音器的性能下降。由于本消音器的气源压力较高,按接近临界状态选取各级压强比,经查阅有关资料,按亚临界状态设计 第 4 页 共 5 页 4 比按临界状态设计的的消音效果好,因此本设计采用亚临界状态设计,取 q=0.45;取小孔喷注层的驻压为 8.1kgf/cm2,则根据 1式,需要的节流孔板级数为 n=2。 2)节流降压层及小孔喷注层开孔面积及参数的确定 根据科学院声学研究所的研究证明,只有当小孔总面积与排气管截面积之比为 1.6 时,才能使排气管排气无阻,因此修正系数 取 1.66;由式(2) ,根据给定的设计参数,通过计算第一级节流孔板的通流面积为 S1=7.65 cm2,为了便于实际加工而不影响消音器性能,本设计的穿孔直径取为 d=6mm,即得第一级穿孔数 N1=27 个,实取 28 个;在计算出第一级节流孔板通流面积 S1 后;由于各级降压后汽体温度可考虑为近似保持不变(气流在消音器器中流动,流速很高,气体来不及与外界发生热交换即排出) ,则其它各级的计算与第一级相同,各级计算结果列表如下: 各级节流降压小孔喷注复合消音器设计参数 级数 单位 进口压力 Kg/cm2 40 18 8.1 通流面积 S cm2 7.65 17 37.8 比容 cm3/ Kg 0.0740 0.1526 0.3179 压降比 q 0.45 0.45 孔径 d mm 6 4 3 孔数 n 27 135 535 第 5 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸15页 共 5 页 5 3)消音量的计算 、根据资料( 3) ,节流降压的消声量按下式计算 3 1012 10 3.7()10lg ppLknpp 式中 k- 经验修正系数,取 0.90.2;取 0.9 P1-消音器入口前排气压力 kg/cm2,取 40 kg/cm2 p0-环境大气绝对压力kg/cm2,取 1.033kg/cm2。 n-节流级数。 则 3 102 10 3.7()10lg ppLknpp=100.9lg 3 2 3.7(401.033)2401.033 =16.4dB 、小孔喷注消音器辐射的消声量,根据资料(3)按下式计算: 227.530lg27.530lg3LD=27.5-14.3=13.2 dB 其中:D 为小孔孔径 mm。 通过上述计算本消音器经节流降压及小孔喷注消音后的消声量为 VL=VL1+VL2=16.4+13.2=29.6dB 则消音器的排放噪声 110 dB 减去消音器的消声量,尿素 CO2 压缩机的主蒸汽排放噪声经消音器消声后产生的噪声为 80.4dB,小于国家环保的规定,因此本消音器的设计满足现场实际的需要。 总之,由于本人对消音器的设计还缺乏经验,虽然理论上计算满足了生产实际的要求,是否能达到理论上的计算结果,还有待消音器实施安装后经实践的检验。3.3 零件成型加工因为消声筒都是薄金属构成,故大多数零件由冲压折弯而成,对于连接处进行焊接。首先是单个零部件,都是由冲压模具对金属薄板冲压而成,然后将零件焊接在一起即可。3.4 成型零件的后处理冲压出的零件要进行打磨和表面处理,有些零件需要淬火,出于美观要求,排气管零件还需要电镀! 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸16第四章 实体零件的性能分析4.1 消声器的声学性能消音器的内部是一组管道。这些管道用于创建彼此相长或相消的反射波。废气和声波进入中心管。然后从消音器后壁弹回,并通过孔隙反射到消音器的主体部分。它们通过一组孔隙传到另一室,在这里发生转换,然后传出最后管道,并离开消音器。共鸣器通过孔隙连接到第一室。共鸣器包含特定的气体量,并具有指定的长度,以产生抵消特定声波频率的波形。声波冲击孔隙时,一部分声波继续进入气室,另一部分声波发生反射。声波传播到气室,冲击消音器的后壁,并弹回孔隙。 计算本气室的长度,以便在下一个声波反射到室外时,此声波保留在共鸣器室内。在理想情况下,来自气室的声波高压部分与从气室外部反射的声波低压部分排列在一起,并且两个声波彼此相消。事实上,发动机发出的声波是不同声频的混和体,且由于它们中的许多频率依赖于发动机速度,因此声音几乎从来不出现在此发生的精确频率。共鸣器设计用于在发动机产生最大噪音的频率范围内工作最佳。但是,即使频率不是对共鸣器精确调谐的频率,仍然会产生一些相消干扰。4.2 消声器的空气动力性能气流对消声器声学性能的影响,主要表现在两个方面:一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化;二是气流在消声器内产生一种附加噪声,称为气流再生噪声。下面首先讨论气流对噪声传播的影响。 有气流时的消声系数的近似公式如下, 式中 为没有气流时 ( 静态 ) 的消声系数, 称为马赫 数,数值上等于消声器内流速与声速之比。 由上式看出,气流速度大小与方向不同,导致气流对消声器性能的影响程度也不同。当流速高时,马赫数 值大,气流对消声器的消声性能的影响就越厉害;当气流方向与声传播方向一致时,马赫数 值为正,上式中的消声系数将变小;当气流方向与声传播方向相反时,马赫数 值为负,消声系数会变大。也就是说,顺流与逆流相比,逆流有利于消声。 气流在管道中的流动速度并不均匀,就同一截面而言,管道中央流速最高;离开中心位置越远,速度越低;到接近管壁处,流速就近似为零了。如图 8.13 所示,顺流时管道中央声速高,周壁声速低;逆流时正好相反。 根据声折射原理,声波要向管壁弯曲,对阻性消声器来说,由于周壁衬 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸17贴有吸声材料,所以顺流时恰好声能被吸收;而在逆流时,声波要向管道中心弯曲,因此对阻性消声器的消声是不利的。 综合上述两方面的分析,消声器用在顺流与逆流各有利弊。由于工厂输气管道中的气流速度与声速比较起来都很小,因此气流对声传播与衰减规律的影响一般不很明显。一般来讲,在低频范围逆向比顺向消声效果好;而在高频范围情况恰好相反,顺向比逆向消声效果好。但综合起来看,顺向与逆向的消声性能并没有很大差别。 图 8.13 气流对声折射的影响 8.2.7 气流再生噪声对消声器声学性能的影响 气流通过消声器时,由于气流与消声器结构的相互作用,还会产生气流再生噪声。气流再生噪声叠加在原有噪声上,会影响消声器实际使用效果。 气流再生噪声的产生机理,大致有二:一是气流经过消声器时,由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流,相应地辐射噪声;二是气流激发消声器构件振动而辐射噪声。气流再生噪声的大小主要取决于气流速度和消声器的结构。一般来说,气流速度越大,或消声器内部结构越复杂,则产生的气流噪声也就越大。与之相适应,降低消声器内气流再生噪声的途径是:尽量减低流速; 尽量改善气体的流动状况,使气流平稳,避免产生湍流。 图 8.14 消声器试验台示意图 消声器的气流再生噪声大小,可用试验方法求得。图 8.14 是测量消声器性能的试验台示意图。 在试验台上,对阻性消声元件在不同气流速度下进行试验,得出气流再生噪声与流速的关系。结果表明:当流速增加一倍,相应的噪声级增加 18dB ,这说明气流再生噪声随流速的六次方规律变化,属于偶极子辐射的噪声源。根据试验结果可得出估算气流再生噪声的半经验公式, 式中 为消声器通道内的流速,单位:米 / 秒。 气流再生噪声通常是低频噪声。试验结果同时表明:随着频率的增高,声级逐渐下降。其基本规律是:每增加一个倍频程,声功率下降 。考虑频率的影响,得出再生噪声倍频程的声压级 计算公式如下, 设消声器入口噪声级为 ,出口噪声级为 ,再生 噪声级为 ,出口处环境噪声级为 。则现场使用消声器的影响情况如下: (1) (相差超过 以上)时,则再生噪声对消声器的消声性能无影响,此时消 声量为 ,是该消声器的实际消声量。 (2) 时,再生噪声对消声器的消声性能有一定程度的影响,按如下方法修正后得到实 际消声量的近似值: 时, ; 时, 。 其中 按背景噪声值修正方法算出。 (3) (相差超过 以上)时,气流再生噪声对消声器性能影响较大,此时消声 值为 。如果气流速度很高,产生的再生噪声级大于入口噪声,这个消声器的消声量 就变成负值。 (4) 无论何种情况,出口端噪声值均应大于环境噪声 以上,则消声效果才不会受环境噪 声的干扰。 设计消声器时,应注意流速不能选得过高,对空调消声器的流速不应超过 5 米 / 秒;对压缩机和鼓风机消声器,流速不应超过 2030 米 / 秒;对内燃机、 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸18凿岩机消声器,流速应选在 3050 米 / 秒;对于大流量排气放空消声器,流速可选为 5080 米 / 秒。4.3 消声器的结构性能此消音器内存在有助于以不同方式降低声级的其他功能。将消音器体设计为三层:两个金属薄层以及其间较厚的绝缘层,此绝缘层的绝缘系数较低。这允许消音器体吸收一些压力脉冲。将进入主室的吸气管和排气管穿孔,可以使数千个微小的压力脉冲围绕主室跳跃,除被消音器壳体吸收外,还可以相互抵消一部分脉冲。消音器的一个重要特征是产生反压的多少。由于排出的废气必须经过所有拐角和孔隙,因此消音器将产生相当高的反压。这将造成发动机的功率减少一部分。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸19第五章 结论本文通过对消声器的研究,设计出它的快速研制的方法!通过模拟的方法设计出最优消音器。最后的进行三维模拟和装配!通过不断的改进,计算,设计出最经济实用消音效果最优的消音器。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸20致谢论文完成了,这是在导师的指导和帮助下,亲友和同学们的支持和关怀下完成的,在此向他们表示衷心的感谢!首先衷心感谢我的指导教师老师,本文从开题到撰写以及课题实施过程中都是在导师的悉心指导和关怀下完成的,在此期间,导师渊博的知识、严谨的治学态度、敏捷开阔的思路以及为人的谦虚仁德给我留下深刻印象,使我受益匪浅。其次,感谢在我大学四年期间关心过、帮助过我的老师和同学,尤其是实习工厂里悉心教导我们的老师傅们,祝他们在学习和工作中百尺竿头,更进一步!最后,谨以此文献给我的父母和家人,感谢父母的辛勤养育、无私关爱、鼓励与信任,对他们所作的一切,我都将铭记在心。 充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸21参考文献1 方丹群. 噪声控制技术M. 上海:上海科学出版社,1986 2 赵省良. 噪声振动与控制技术M. 北京:化学工业出版社,2004 3 马大猷. 噪声与振动控制工程手册M. 北京:机械工业出版社,2002 4 郝玉福,吴淑美,邓先琛. 热工理论基础M. 北京:高等教育出版社,1992 5 福田基一. 汽车噪声控制与消声设计M. 北京:国防工业出版社,1982 6 费维,汽车排气消声器的声学特性计算及其优化设计D. 合肥工业大学硕士学位论文, 2010:20-33 7 王耀前,消声器性能三维有限元计算方法的讨论D. 江苏大学硕士学位论文,2003: 32-38 8 刘飞. 汽车排气消声器声学特性的有限元分析D. 江苏大学硕士学位论文,2010: 27-30 9 曾恺,排气消声器计算机辅助优化设计的研究D. 华南理工大学硕士论文,2004: 29-31 10 蔡克强 . 消声器声学性能分析研究D. 合肥工业大学硕士学位论文,2010:33-38 11 饶建渊 . 排气系统消声性能分析研究D. 合肥工业大学硕士论文,2008:23-27 12 庞剑,何华 . 汽车噪声与振动理论与应用M. 北京:北京理工大学出版社,2006 13 毕嵘,刘正士,王惠,吴昊. 多腔共振式消声器的声学特性分析J. 农业机械学报, 2008,39(10):48-51 14 宋艳冗, 葛蕴珊,张宏波. 汽车排气消声器设计研究, 车辆与动力技术,2005,(2):49-52.15 葛蕴珊, 张宏波, 宋艳冗, 等. 汽车排气消声器的三维声学性能分析, 清淤机工程,2006,28(1):51-63.16 陆森林, 刘红光, 曾发林. 排气消声器性能的数值模拟, 农业机械学报,2006,37(7):45-48.
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