[工學]機電系統(tǒng)設計第八章

1、1第八章 機械系統(tǒng)的噪聲及控制 v 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 8-1 8-1 機械系統(tǒng)噪聲的分類和特性機械系統(tǒng)噪聲的分類和特性 8-2 8-2 機械系統(tǒng)噪聲控制機械系統(tǒng)噪聲控制 8-3 8-3 機械噪聲測量簡介機械噪聲測量簡介 2噪聲是指令人不愉快的或不希望有的聲音，噪聲是指令人不愉快的或不希望有的聲音，系多種不同頻率、不同強度聲音的無規(guī)律的組合。系多種不同頻率、不同強度聲音的無規(guī)律的組合。噪聲對人體健康有害，人長期處于強噪聲的環(huán)境噪聲對人體健康有害，人長期處于強噪聲的環(huán)境中，會引起多種疾病。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，噪中，會引起多種疾病。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，噪聲已成為人類主要的公害之一。聲已成為人類主要的

2、公害之一。機械系統(tǒng)的噪聲不僅是環(huán)境噪聲的一個重要機械系統(tǒng)的噪聲不僅是環(huán)境噪聲的一個重要組成部分，也是評價機械產(chǎn)品質(zhì)量的指標之一，組成部分，也是評價機械產(chǎn)品質(zhì)量的指標之一，因此控制機械系統(tǒng)的噪聲，使其降低至允許范圍因此控制機械系統(tǒng)的噪聲，使其降低至允許范圍內(nèi)，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必須解決的一大問題。內(nèi)，已成為工業(yè)生產(chǎn)中必須解決的一大問題。38-1 8-1 機械系統(tǒng)噪聲的機械系統(tǒng)噪聲的分類和特性分類和特性一機械系統(tǒng)噪聲的形成一機械系統(tǒng)噪聲的形成 二、機械系統(tǒng)噪聲的分類二、機械系統(tǒng)噪聲的分類 三、衡量噪聲的指標三、衡量噪聲的指標 四、機械噪聲的傳播和衰減四、機械噪聲的傳播和衰減4一一機械系統(tǒng)噪聲的形成機

3、械系統(tǒng)噪聲的形成按作用力的種類來區(qū)分，引起噪音的原因有：按作用力的種類來區(qū)分，引起噪音的原因有：1 1）金屬機件之間的撞擊力引起的噪音；）金屬機件之間的撞擊力引起的噪音；2 2）周期性的交變力對機件的作用而引起的噪聲；）周期性的交變力對機件的作用而引起的噪聲；3 3）不均勻隨機力的作用而引起的噪聲。）不均勻隨機力的作用而引起的噪聲。二、二、機械系統(tǒng)噪聲的分類機械系統(tǒng)噪聲的分類1 1、按噪聲起源的不同分類按噪聲起源的不同分類1 1）機械性噪聲：機械性噪聲又稱為結構性噪聲，由）機械性噪聲：機械性噪聲又稱為結構性噪聲，由固體振動而產(chǎn)生。固體振動而產(chǎn)生。2 2）流體動力性噪聲：流體動力性噪聲由氣體或液

4、體）流體動力性噪聲：流體動力性噪聲由氣體或液體等流體振動而產(chǎn)生。等流體振動而產(chǎn)生。3 3）電磁性噪聲：電磁性噪聲由高頻諧磁場的相互作）電磁性噪聲：電磁性噪聲由高頻諧磁場的相互作用，產(chǎn)生周期性交變應力，引起電磁性振動而產(chǎn)生。用，產(chǎn)生周期性交變應力，引起電磁性振動而產(chǎn)生。52 2、按噪聲強度隨時間而變化的情況分類按噪聲強度隨時間而變化的情況分類1 1）穩(wěn)態(tài)噪聲：穩(wěn)態(tài)噪聲一般指噪聲強度波動范圍在）穩(wěn)態(tài)噪聲：穩(wěn)態(tài)噪聲一般指噪聲強度波動范圍在5dB5dB以下的連續(xù)性噪聲或重復頻率大于以下的連續(xù)性噪聲或重復頻率大于10Hz10Hz的脈沖噪音。的脈沖噪音。2 2）非穩(wěn)態(tài)噪音：非穩(wěn)態(tài)噪音一般指噪音強度波動范）

5、非穩(wěn)態(tài)噪音：非穩(wěn)態(tài)噪音一般指噪音強度波動范圍在圍在5dB5dB以上的連續(xù)性噪音。以上的連續(xù)性噪音。3 3）脈沖噪音：脈沖噪音一般指持續(xù)時間小于）脈沖噪音：脈沖噪音一般指持續(xù)時間小于1s1s、噪、噪聲強度峰值比其均方根值大于聲強度峰值比其均方根值大于10dB10dB而重復頻率又小于而重復頻率又小于10Hz10Hz的間斷性噪聲。的間斷性噪聲。三、三、衡量噪聲的指標衡量噪聲的指標客觀評價量是對噪聲強弱的物理度量，而主觀評價量客觀評價量是對噪聲強弱的物理度量，而主觀評價量則表征了人對機械噪聲強弱的主觀感覺。則表征了人對機械噪聲強弱的主觀感覺。1 1、噪聲的客觀評價量噪聲的客觀評價量1 1）聲壓級）聲壓

6、級6789101112四、四、機械噪聲的傳播和衰減機械噪聲的傳播和衰減噪聲在噪聲源和接收器（人耳或傳播器）之間有三種噪聲在噪聲源和接收器（人耳或傳播器）之間有三種傳播途徑，如圖傳播途徑，如圖8 84 4。1 1）直接傳播直接傳播：噪聲發(fā)射后在傳播過程中沒有任何阻擋：噪聲發(fā)射后在傳播過程中沒有任何阻擋而直接傳到接收器。而直接傳到接收器。2 2）反射傳播反射傳播：在噪聲傳播過程中遇到障礙物，按障礙：在噪聲傳播過程中遇到障礙物，按障礙物的形狀、尺寸、材料的不同，噪聲改變傳播方向或改變物的形狀、尺寸、材料的不同，噪聲改變傳播方向或改變聲的強度，再傳到接收器。聲的強度，再傳到接收器。3 3）間接傳播間接

7、傳播：噪聲的能量在傳播過程中激起聲源以外：噪聲的能量在傳播過程中激起聲源以外的構件產(chǎn)生振動，并成為第二噪聲源。若從噪聲源發(fā)出的的構件產(chǎn)生振動，并成為第二噪聲源。若從噪聲源發(fā)出的噪聲頻率與傳播過程中某一構件的固有頻率接近時，構件噪聲頻率與傳播過程中某一構件的固有頻率接近時，構件會被激起共振而輻射出更大的噪聲。振動輻射噪聲，噪聲會被激起共振而輻射出更大的噪聲。振動輻射噪聲，噪聲會激起振動，再引起噪聲。會激起振動，再引起噪聲。噪聲在傳播過程中，振幅和聲強隨離開聲源距離的增噪聲在傳播過程中，振幅和聲強隨離開聲源距離的增大而衰減，其原因為：一是聲波擴散，二是聲能被吸收。大而衰減，其原因為：一是聲波擴散，

8、二是聲能被吸收。138-2 8-2 機械系統(tǒng)噪聲控制機械系統(tǒng)噪聲控制 一控制噪聲的一般原則和方法一控制噪聲的一般原則和方法 二、噪聲源控制二、噪聲源控制 三、噪聲傳播途徑控制三、噪聲傳播途徑控制 四、噪聲接收處控制四、噪聲接收處控制 五、常用吸聲材料和隔聲材料五、常用吸聲材料和隔聲材料六、降噪裝置設計六、降噪裝置設計141516此外，共振能最有效地傳遞振動和發(fā)射噪聲，因此，此外，共振能最有效地傳遞振動和發(fā)射噪聲，因此，要特別注意調(diào)整機械設備及其主要零部件的固有頻率，使要特別注意調(diào)整機械設備及其主要零部件的固有頻率，使其不與激振的干擾力頻率相一致或相接近。其不與激振的干擾力頻率相一致或相接近。2

9、 2、提高發(fā)聲零件的抗振性提高發(fā)聲零件的抗振性 這樣可使振動與噪聲顯著降低。具體：選用發(fā)聲小的這樣可使振動與噪聲顯著降低。具體：選用發(fā)聲小的材料制造零件，提高零件的動剛度，采用吸收振動能量大材料制造零件，提高零件的動剛度，采用吸收振動能量大的結構，增大發(fā)聲零件質(zhì)量，減少發(fā)聲零件的聲輻射面積。的結構，增大發(fā)聲零件質(zhì)量，減少發(fā)聲零件的聲輻射面積。三、三、噪聲傳播途徑控制噪聲傳播途徑控制1 1、消聲器降噪消聲器降噪它是控制氣體動力性噪聲的一種裝置。當聲波在管道它是控制氣體動力性噪聲的一種裝置。當聲波在管道中傳播時，由于受到管壁的約束作用而不能擴散，因而可中傳播時，由于受到管壁的約束作用而不能擴散，因

10、而可以傳得很遠。但當管徑突然改變時，由于聲波與管壁之間以傳得很遠。但當管徑突然改變時，由于聲波與管壁之間的摩擦阻力以及被管壁材料吸收等因素，會使在管道中傳的摩擦阻力以及被管壁材料吸收等因素，會使在管道中傳播的聲波產(chǎn)生反射和衰減。播的聲波產(chǎn)生反射和衰減。171819五、五、常用吸聲材料和隔聲材料常用吸聲材料和隔聲材料1 1、吸聲材料吸聲材料能將入射聲能吸收掉一部分的材料為吸聲材料。把吸能將入射聲能吸收掉一部分的材料為吸聲材料。把吸聲材料裝在房間墻壁或屏蔽裝置的內(nèi)表面上，或在房間內(nèi)聲材料裝在房間墻壁或屏蔽裝置的內(nèi)表面上，或在房間內(nèi)空間懸掛吸聲體，都可以達到降低噪聲的效果。空間懸掛吸聲體，都可以達到

11、降低噪聲的效果。材料對噪聲的吸收效果常用吸收因數(shù)表示，吸收因數(shù)材料對噪聲的吸收效果常用吸收因數(shù)表示，吸收因數(shù)是指被吸收的聲功率與入射聲功率之比。是指被吸收的聲功率與入射聲功率之比。吸聲材料可分為兩大類：一類吸聲材料本身有吸聲作吸聲材料可分為兩大類：一類吸聲材料本身有吸聲作用，如多孔性材料（天然棉、麻、棕、玻璃棉、泡沫塑料用，如多孔性材料（天然棉、麻、棕、玻璃棉、泡沫塑料及膨脹珍珠巖等）。另一類吸聲材料要與其他聲學元件組及膨脹珍珠巖等）。另一類吸聲材料要與其他聲學元件組合才能起吸聲作用，例如玻璃布和薄膜，在它們的后面要合才能起吸聲作用，例如玻璃布和薄膜，在它們的后面要留有空氣層，才能起到吸聲作用

12、。板狀材料、穿孔板和微留有空氣層，才能起到吸聲作用。板狀材料、穿孔板和微孔結構板等，也要與空腔或其他吸聲材料結合才能有效地孔結構板等，也要與空腔或其他吸聲材料結合才能有效地吸聲。吸聲。202 2、隔聲材料隔聲材料隔聲材料應具有良好的聲反射性能，較差的聲吸收性隔聲材料應具有良好的聲反射性能，較差的聲吸收性能，一般采用致密、無空隙、不透氣、質(zhì)量較大的材料。能，一般采用致密、無空隙、不透氣、質(zhì)量較大的材料。因此，一個良好的隔聲材料往往是較差的吸聲材料。常用因此，一個良好的隔聲材料往往是較差的吸聲材料。常用隔聲材料按隔聲性能高低排序則大致為：鉛、鋼、混凝土、隔聲材料按隔聲性能高低排序則大致為：鉛、鋼、

13、混凝土、磚、玻璃、鋁、石膏板、膠合板、木材等。磚、玻璃、鋁、石膏板、膠合板、木材等。六、六、降噪裝置設計降噪裝置設計1 1、消聲器設計消聲器設計1 1）抗性消聲器抗性消聲器 擴張型消聲器擴張型消聲器：利用當聲波進入擴張室時因突然擴：利用當聲波進入擴張室時因突然擴張而使能量耗散的原理制成的消聲器。其結構形式多種多張而使能量耗散的原理制成的消聲器。其結構形式多種多樣，見圖樣，見圖8 81414。改善擴張型消聲器消聲效果的途徑有：采用多段擴張改善擴張型消聲器消聲效果的途徑有：采用多段擴張室；采用內(nèi)接管并調(diào)整內(nèi)接管長度至適當位置；采用穿孔室；采用內(nèi)接管并調(diào)整內(nèi)接管長度至適當位置；采用穿孔管導流。管導流

14、。21圖圖8 814 14 擴張型消聲器示意圖擴張型消聲器示意圖22232425262728 當采用兩層不同的材質(zhì)時，應將輕質(zhì)層一側對著高當采用兩層不同的材質(zhì)時，應將輕質(zhì)層一側對著高噪音源一側，這樣可降低重質(zhì)層的聲輻射，從而提高整個結噪音源一側，這樣可降低重質(zhì)層的聲輻射，從而提高整個結構的隔聲效果。構的隔聲效果。隔聲罩除可采用單層隔聲結構和雙層隔聲結構外，亦可隔聲罩除可采用單層隔聲結構和雙層隔聲結構外，亦可采用多層復合結構。需要注意的是，孔洞、縫隙往往是影響采用多層復合結構。需要注意的是，孔洞、縫隙往往是影響隔聲結構聲量的主要原因。隔聲結構聲量的主要原因。3 3）隔聲罩設計步驟與設計要點隔聲罩

15、設計步驟與設計要點隔聲罩的聲學結構設計步驟：隔聲罩的聲學結構設計步驟： 測量機械的噪聲和頻譜；測量機械的噪聲和頻譜； 根據(jù)降低噪聲的要求，確定聲功率級隔聲量和倍頻根據(jù)降低噪聲的要求，確定聲功率級隔聲量和倍頻程隔聲量；設計隔聲量應大于所要求的隔聲量，一般大于程隔聲量；設計隔聲量應大于所要求的隔聲量，一般大于5dB5dB； 選擇合適的材料及結構，可按相應結構的計算式估選擇合適的材料及結構，可按相應結構的計算式估算隔聲量，條件允許時，最好實測所選材料及結構的隔聲量。算隔聲量，條件允許時，最好實測所選材料及結構的隔聲量。29隔聲罩設計要點隔聲罩設計要點： 隔聲罩不能影響生產(chǎn)和妨礙操作；隔聲罩不能影響生

16、產(chǎn)和妨礙操作； 壁罩材料應選擇有足夠隔聲能力的材料制作；壁罩材料應選擇有足夠隔聲能力的材料制作； 罩內(nèi)表面材料的吸收因數(shù)不能太??；罩內(nèi)表面材料的吸收因數(shù)不能太?。?隔聲罩應選擇適當?shù)男问?；隔聲罩應選擇適當?shù)男问剑?用鋼板之類的輕型結構做壁罩時，要防止共振；用鋼板之類的輕型結構做壁罩時，要防止共振； 隔聲罩與被隔聲罩（如機械設備）間不能有剛性接隔聲罩與被隔聲罩（如機械設備）間不能有剛性接觸；觸； 隔聲罩各聯(lián)接部位要密封，不留孔隙；隔聲罩各聯(lián)接部位要密封，不留孔隙； 隔聲罩與地面或基座之間，應采取隔振措施；隔聲罩與地面或基座之間，應采取隔振措施； 為了罩內(nèi)散熱降溫，罩上應留出足夠的通風口。為了罩內(nèi)

17、散熱降溫，罩上應留出足夠的通風口。3 3、隔聲屏設計隔聲屏設計1 1）隔聲屏降噪量的計算隔聲屏降噪量的計算圖圖8 81919中橫坐標為菲涅耳數(shù)據(jù)中橫坐標為菲涅耳數(shù)據(jù)N N，它是描述聲波在傳，它是描述聲波在傳播中繞射性能的一個量播中繞射性能的一個量3031328-3 8-3 機械噪聲測量簡介機械噪聲測量簡介 一噪聲測量系統(tǒng)一噪聲測量系統(tǒng) 二、噪聲測量方法二、噪聲測量方法 三、測量環(huán)境對測量結果的修正三、測量環(huán)境對測量結果的修正 四、機械系統(tǒng)噪聲源的識別四、機械系統(tǒng)噪聲源的識別 33機械噪聲測量是用相宜的聲學測量手段，以獲取機機械噪聲測量是用相宜的聲學測量手段，以獲取機械械噪聲源特征參量的技術過程

18、，該過程包括測量前對被噪聲源特征參量的技術過程，該過程包括測量前對被測對象的了解、明確測量目的、熟悉測量內(nèi)容、選用測量測對象的了解、明確測量目的、熟悉測量內(nèi)容、選用測量儀器、按規(guī)定方法進行測量、做好測量記錄和必要的數(shù)據(jù)儀器、按規(guī)定方法進行測量、做好測量記錄和必要的數(shù)據(jù)處理。處理。常用測量儀器有聲級計、頻譜分析儀、電平記錄儀和常用測量儀器有聲級計、頻譜分析儀、電平記錄儀和磁帶記錄儀等，其中，聲級計是使用最廣泛、最基本的聲磁帶記錄儀等，其中，聲級計是使用最廣泛、最基本的聲學噪聲測量儀器。學噪聲測量儀器。一、一、噪聲測量系統(tǒng)噪聲測量系統(tǒng)常用的噪聲測量儀器主要用來測聲場的聲壓。至于聲常用的噪聲測量儀器

19、主要用來測聲場的聲壓。至于聲強級和聲功率級的直接測量，尚有較大的困難，一般是由強級和聲功率級的直接測量，尚有較大的困難，一般是由所測得的聲壓值推算出來的。噪聲測量儀器可能是簡單的所測得的聲壓值推算出來的。噪聲測量儀器可能是簡單的聲級計，也可能是復雜的實驗室分析和處理系統(tǒng)。聲級計，也可能是復雜的實驗室分析和處理系統(tǒng)。測量噪聲和振動時，理想化的測量系統(tǒng)如圖所示測量噪聲和振動時，理想化的測量系統(tǒng)如圖所示34353 3）脈沖精密聲級計脈沖精密聲級計：除具備精密聲級計的功能外，還：除具備精密聲級計的功能外，還能對不連續(xù)的、持續(xù)時間很短的脈沖聲或沖擊聲進行測量，能對不連續(xù)的、持續(xù)時間很短的脈沖聲或沖擊聲進

20、行測量，所測得的脈沖聲壓級可以是有效值或峰值。所測得的脈沖聲壓級可以是有效值或峰值。4 4）積分精密聲級計積分精密聲級計：除具備以上功能外，還能測量在：除具備以上功能外，還能測量在一定時間內(nèi)的等效連續(xù)聲級，時間間隔可以從幾秒至二十一定時間內(nèi)的等效連續(xù)聲級，時間間隔可以從幾秒至二十幾個小時內(nèi)任意調(diào)節(jié)，對非穩(wěn)定連續(xù)噪聲的測量特別適用。幾個小時內(nèi)任意調(diào)節(jié)，對非穩(wěn)定連續(xù)噪聲的測量特別適用。5 5）頻譜聲級計頻譜聲級計：系由聲級計與實時分析儀組合而成，：系由聲級計與實時分析儀組合而成，除具有聲級計的功能外，還能得到噪聲的頻譜。除具有聲級計的功能外，還能得到噪聲的頻譜。2 2、聲強計聲強計聲強計的工作原理

21、見圖聲強計的工作原理見圖8 82121。組成聲強探頭的兩只電。組成聲強探頭的兩只電容傳聲器容傳聲器A A、B B，要求性能相同，其排列形式有順置式、并，要求性能相同，其排列形式有順置式、并列式、面對式等多種（見圖列式、面對式等多種（見圖8 82222），不同排列形式的比較），不同排列形式的比較見表見表8 87 7。3637利 用 聲利 用 聲強 探 頭 和 聲強 探 頭 和 聲強 計 或 其 他強 計 或 其 他設 備 可 組 成設 備 可 組 成不 同 類 型 的不 同 類 型 的聲 強 測 量 系聲 強 測 量 系統(tǒng) 。 以 聲 強統(tǒng) 。 以 聲 強計 為 基 本 設計 為 基 本 設備

22、和 以 雙 通備 和 以 雙 通道 信 號 分 析道 信 號 分 析儀 為 基 本 設儀 為 基 本 設備 組 成 的 聲備 組 成 的 聲強 測 量 系 統(tǒng)強 測 量 系 統(tǒng)見圖見圖8 82323。383、傳聲器傳聲器傳聲器是一種將聲信號轉(zhuǎn)換為相應電信號的聲傳聲器是一種將聲信號轉(zhuǎn)換為相應電信號的聲電換電換能器，常用傳聲器的主要技術特性和適應性見表能器，常用傳聲器的主要技術特性和適應性見表88。1）靈敏度靈敏度：靈敏度是輸出端電壓和有效聲壓的比值，：靈敏度是輸出端電壓和有效聲壓的比值，單位為單位為mV/Pa。2）靈敏度頻率響應靈敏度頻率響應：是指傳聲器置于指定條件并在恒：是指傳聲器置于指定條件

23、并在恒定電場和給定入射角的聲波作用下，傳聲器靈敏度和頻率定電場和給定入射角的聲波作用下，傳聲器靈敏度和頻率之間的關系。之間的關系。3）靈敏度指向性靈敏度指向性：指傳聲器極頭和前置放大器的輸出：指傳聲器極頭和前置放大器的輸出阻抗，一般以阻抗，一般以1kHz的阻抗值作為標準值，通常不大于的阻抗值作為標準值，通常不大于50。4）傳聲器的輸出阻抗傳聲器的輸出阻抗5）傳聲器等效噪聲級傳聲器等效噪聲級6）最高聲壓級和動態(tài)范圍最高聲壓級和動態(tài)范圍7）穩(wěn)定度穩(wěn)定度：指溫度、濕度、氣壓等環(huán)境條件變化對傳：指溫度、濕度、氣壓等環(huán)境條件變化對傳聲器靈敏度的影響。聲器靈敏度的影響。39404142434445三、三、測量環(huán)境對測量結果的修正測量環(huán)境對測量結果的修正1 1、本底噪聲的修正本底噪聲的修正本底噪聲亦稱背景噪聲，主要指電聲系統(tǒng)中有用信號本底噪聲亦稱背景噪聲，主要指電聲系統(tǒng)中有用信號以外的總噪聲。在工業(yè)噪聲測量中，也指作為待測對象以以外的總噪聲。在工業(yè)噪聲測量中，也指作為待測對象以外的噪聲。測量機械噪聲時，若本底噪聲低于待測機械噪外的噪聲。測量機械噪聲時，若本底噪聲低于待測機械