机械系统设计第一章机械系统噪声的分类和特性(精)课件.ppt

随着工业的不短发展，噪声已经成为人类主要的公害之一。机械系统的噪声不仅是环境噪声的一个重要组成部分，也是评价机械产品的指标之一，因此控制机械系统的噪声，使其降低至允许范围内，已成为工业生产中必须解决的一大问题。一、机械系统噪声的形成一、机械系统噪声的形成噪声和振动是机械系统运动过程中的两种物理现象，二者之间有着密切的联系。噪声属于声音的某种状态。声音产生于物体的振动，并通过气体、液体或固体介质以波的形式进行传播。机械和器械的发声部位成为声源。各种不同类型的机械，在运转过程中可能因不同的原因而引起噪声。按作用力的种类来分，引起噪声的原因有：1.金属机件之间的撞击力造成的噪声。2.周期性的交变力对机件的作用而引起的噪声。3.不均匀随机力的作用而引起的噪声。二、衡量噪声的指标二、衡量噪声的指标机械系统的噪声通常为宽频带噪声，其强弱可以用客观评价量（如声压级、声强级、声功率等）或主观评价量（如响度、响度级、A声级、噪声评价数NR、A计全声功率级等）来衡量。客观评价量是对噪声强弱的物理度量，而主观评价量则表征了人多机械噪声强弱的主观感觉，但评价机械系统噪声则通常用主观评价量进行评价。（一）噪声的客观评价量1.声压级（单位为分贝）声压是指声波在其传播方向相垂直的平面上的压力。为了能方便的表示声压，声学中常采用声压级来表示，注意教材中声压与声压级的关系式。2.声功率级声功率是指声波辐射、传输或接收的功率。对确定的声源，其声功率是一恒量。教材中声功率级的表达式。3.声强级声强级是指通过与声波传播方向相垂直的单位表面积上的声功率。注意声强级与声压级的关系，从计算式中可以看出声压级与声强级数值是相同的。（二）噪声的主观评价量1.响度与响度级人耳对声音强度的主观感觉与声压与声音的频率有关。如两个具有相同声压级的声音，由于它们的频率不同，高频声音给人耳的感觉比低频声音要响些，这是由于人耳对高频声与低频声的敏感程度不同所致。因此，人们就采用与频率及声压都相关的量响度级来描述人对声音的主观感觉。注意教材上对响度级的定义，及其单位注意教材上对响度级的定义，及其单位phon（方）。（方）。响度级虽然定量的确定了响度感觉与声音的频率和声压级的关系，但不能定量地确定一个声音比另外一个声音响多少。为了确定响度关系，引出了响度N的概念。响度的单位为sone（宋）。规定声压级为40dB的1kHz纯音的响度为1sone，也就是1sone等于40phon。因此，响度表示正常听者判断一个声音比响度级为40phon的参考声音强的倍数。2.A声级为模拟人耳听觉对不同频率的声音有不同灵敏度的特性，在噪声测试仪内设计了一种特殊的滤波器，称为计权网路，它可按等响度曲线，对不同频率的声音进行不同程度的衰减。一般设置有A、B、C三种计权网络。其中A计权网络与人耳的主要特性最为接近。A声级是用A计权网络测得的表头上的测量示值。单位dBA。3.噪声评价数NR噪声评价数NR是对A声级的升级，评价指标跟为严格。三、机械系统噪声的传播和衰减三、机械系统噪声的传播和衰减噪声的主要传播途径：1.直接传播2.反射传播3.间接传播 噪声在传播过程中又引起其他构件的振动，进而产生新的噪声，成为噪声系统中的第二噪声源。噪声控制的目的在于保护人体的健康和减少对人类社会环境的污染，为人们的正常工作、学习、生活创造一个舒适的声学环境。机械系统噪声的控制途径有：1.声源控制2.噪声传播途径控制3.噪声接受点（人或物）控制。具体的实施措施包括降低噪声源的发射声能，切断从噪声源到人耳的传播途径，吸收一部分声能以减小其发射量，以及对人耳进行隔声保护等。一、噪声源控制一、噪声源控制1.降低激振力振动一般是由于冲击力、交变力和摩擦力而激励的。在具体冲击力作用的机械设备中，消除振动和噪声是不可能的。减小振动和降低噪声的最有效途径是改变机械的结构和工艺过程，以不产生冲击或消除冲击作用的工艺代替原有工艺，例如用焊接代替铆接、用压延代替冲压等。在非冲击作用的机械设备中，系统的振动多有交变力所引起。回转运动时，常常有不平衡的惯性力存在，这种不平衡惯性力的作用会由于间隙的存在、结构刚度不大以及零件固定不牢而加大。为了减少和降低噪声，应尽量减小撞击件的质量，降低撞击速度，对回转件进行静态与动态平衡以提高传动件的精度，减小结合处的间隙，尽量采用均匀的回转运动代替往复运动，合理安排润滑，减少运动表面粗糙度，以减小摩擦力。此外，因共振能很有效的传动振动和发射噪声，因此要特别注意调整机械设备及其主要零部件的固有频率，使其不与激振的干扰力频率相一致或接近。2.提高发声零件的抗振性此方面的主要措施有：选用发声小的材料制造零件，提高零件的动刚度，采用吸收振动能量大的结构，增大易发声零件的质量，减少发声零件的声辐射面积。二、噪声传播途径控制二、噪声传播途径控制噪声传播途径控制就是在噪声传播的途径中增设障碍或切断其传播路线的装置，以减小传至人耳的噪声能量。1.消音器降噪常用的降噪装置有消声器、隔声罩和隔声屏。消声器的种类有抗性消声器、阻性消声器和复合消声器。抗性消声器主要原理是是进入管道的声音产生发射，干涉或共振，从而消弱声波的能量。主要用来消除低、中频噪声。阻性消声器主要原理是利用吸音材料将进入管道的声音能量吸收，从而达到降噪的目的。主要用来消除中、高频声音。复合消声器则具有两种消音器的共有特性。2.隔声罩降噪简单原理就是把整个发声机器全部罩起来，在没有缝隙的前提下降噪效果很好，一旦有缝隙、孔眼等破损时降噪效果就会急剧下降。缺点：不利于散热。3.隔声屏降噪隔声屏是用隔声结构或屏障，放在噪声源于接受点之间，以阻挡噪声直接向接受点辐射的一种降噪装置。三、消音器设计1.扩张型消音器 扩张型消音器是利用当声波进入扩张室时因突然扩张而使能量耗散的原理制成的消音器。2.共振型消音器 利用声波与消音器中媒介的共振原理，使两波相互抵抗，达到降噪的目的。3.声干涉型消音器 声干涉型消音器是利用两个频率相同、相位相反的声波干涉能减小声波振幅的原理制成的消音器。自学一下隔声罩与隔声屏的设计要点。一、噪声测量系统一、噪声测量系统常用的噪声测量仪器主要用来测量声场的声压。注意：1.声级计的分类声级计按测量精度和稳定性，可以分为0、四种类型。其中0、为精密声级计， 、为普通声级计。2.声强计注意声强计的主要排列形式，顺置式、并列式、面对式等多种。各自特点见表8-7.3.传声器传声器是一种将声音信号转化为相应电信号的声-电换能器，常用的传声器类型有：电容式、压电式、动圈式。测量用传声器分为声压型和声场型两类。声压型传声器主要用于扩散场测量，例如混响室、小型车间等。声场型传声器主要用于自由场测量，例如室外广场、大型车间等反射较少的场合。二、测量环境对测量结果的修正二、测量环境对测量结果的修正对机械系统进行噪声测试的环境主要有室内和室外两种。室内环境又分为消音室、混响室和半混响室三种。消音室是指只有直达声没有反射声的自由声场。混响室为扩散声场，吸音很小，室内声波经多次反射形成室内各点声能均匀分布，故不同位置处得声压几乎是恒定相等的。半混响室的声场为半扩散场，只是车间现场大多数房间的情况，及实际房间的四壁、天花板、地面等不完全反射声波，也不完全吸收声波，在这种环境中测得的结果就要进行修正。修正方法中注意本底噪声的影响：本底噪声亦称为背景噪声，主要指电声系统中有用信号以外的总噪声。早工业噪声测量中，也指作为待测对象以外的噪声。测量机械噪声时，若本底噪声低于待测机械噪声10dB以上，则测量结果不必修正，低于3-10dB之间，则在测量结果中扣除本底噪声的影响，若本底噪声仅比待测噪声低于不到3dB，则测量结果无效。