齿轮副在设计时总是留有齿侧间隙,同时制造误差和长时间磨损也会使齿轮副产生齿侧间隙,而且轮齿的啮合刚度总是随时间变化的,于是齿轮系统将表现出强烈的非线性。当齿轮系统处于低速、重载的工况下,间隙非线性对齿轮系统的动态性能不会产生严重影响,传统的线性动力学模型可以较好地反映
齿轮传动的动态性能。而齿轮系统在轻载过程中将会产生轮齿分离和冲击现象,这种冲击将会导致剧烈的振动和产生强烈的噪声和动载荷,影响齿轮传动的平稳性、可靠性和寿命。罗茨风机齿轮系统恰恰处于高速、轻载的工况下,这时间隙引发的冲击会严重影响齿轮的工作性能和可靠性,产生不必要的噪声、振动。于是传统的线性模型和线性理论不能真实可靠地反映齿轮的性态,从而促使人们对齿轮传动的间隙非线性产生足够的重视,而本文将结合罗茨风机的机械结构形式,通过齿轮副啮合的非线性动力学系统研究罗茨风机的机械噪声源特性。
对于低噪声风机和齿轮传动系统的动态结构优化设计、抑制罗茨风机和齿轮啮合传动的机械噪声传播、保证其可靠运行,具有重要的工程实用价值,并可产生显著的经济效益和社会效益。此外,非线性动力系统已成为当前振动控制领域的一个研究热点,而齿隙振荡系统作为其中的一个典型代表,正受到越来越广泛的关注。罗茨鼓风机的振动,导致其机械工作性能降低或根本无法工作,某些零部件因受附加的动载荷而加速磨损、疲劳,甚至破裂而影响寿命,严重时甚至会造成工业事故,给工业生产带来巨大的经济损失,并且强烈的振动会产生较大的噪声,恶化了劳动条件,污染了生活环境,因此振动噪声一直是降低罗茨鼓风机工作可靠性、限制其应用的重要因素,并日益引起人们对风机噪声的重视。
上节提到,罗茨风机产生的噪声成分非常复杂,主要分为气体动力性噪声和机械噪声。针对罗茨风机含有多种噪声源的特性,许多学者致力于其振动噪声的研究工作,提出了许多行之有效的改进措施:
空气动力性噪声的治理方面,常采用的措施有两种:一种是被动降噪,即使用消声器、隔离罩、隔离墙,改造风机房或进行管道包扎等措施‘习;另一种是主动降噪,即从鼓风机内部结构着手,通过研究转子结构、转子型线、进排气道和进排气口形状、转子间隙等与噪声的关系,设计出低噪声、高效、节能、
机构紧凑的鼓风机,也称为低噪声结构设计,对传统渐开线型罗茨鼓风机转自型线进行改进,达到降低风机噪声的效果;利用扭叶转子代替直叶转子来降低罗茨凤机的噪声,并给出扭叶转子的型线方程。
罗茨风机的机械噪声,控制的方法主要是:提高同步齿轮精度,减小啮合噪声;适当提高转子的动平衡精度,减小转子的惯性力、惯性力矩引起的振动噪纠;提高装配精度,更换旧的滚珠轴承,或用滑动轴承来代替滚动轴承,使转子处于动态平衡;以弹性联轴器连接电动机和鼓风机,加强对设备的维修保养,以及加油润滑、拧紧连接螺栓、更换损坏的零部件等等。
风机系统的振动噪声已成为妨碍风机提高安全性、稳定性及工作效率的重要因素。以上分析可以看出,综合研究整个风机结构的振动与噪声产生机理,正确识别罗茨风机噪声源显得尤为重要,而齿轮系统作为罗茨风机主要动力传输装置,其运动可靠性直接关系到风机总体性能的好坏,因此对齿轮啮合的噪声源特性进行研究具有重要的工程应用价值。