[工学]机电系统设计第八章

1、1第八章 机械系统的噪声及控制 v 主要内容主要内容 8-1 8-1 机械系统噪声的分类和特性机械系统噪声的分类和特性 8-2 8-2 机械系统噪声控制机械系统噪声控制 8-3 8-3 机械噪声测量简介机械噪声测量简介 2噪声是指令人不愉快的或不希望有的声音，噪声是指令人不愉快的或不希望有的声音，系多种不同频率、不同强度声音的无规律的组合。系多种不同频率、不同强度声音的无规律的组合。噪声对人体健康有害，人长期处于强噪声的环境噪声对人体健康有害，人长期处于强噪声的环境中，会引起多种疾病。随着工业生产的发展，噪中，会引起多种疾病。随着工业生产的发展，噪声已成为人类主要的公害之一。声已成为人类主要的

2、公害之一。机械系统的噪声不仅是环境噪声的一个重要机械系统的噪声不仅是环境噪声的一个重要组成部分，也是评价机械产品质量的指标之一，组成部分，也是评价机械产品质量的指标之一，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。内，已成为工业生产中必须解决的一大问题。38-1 8-1 机械系统噪声的机械系统噪声的分类和特性分类和特性一机械系统噪声的形成一机械系统噪声的形成 二、机械系统噪声的分类二、机械系统噪声的分类 三、衡量噪声的指标三、衡量噪声的指标 四、机械噪声的传播和衰减四、机械噪声的传播和衰减4一一机械系统噪声的形成机

3、械系统噪声的形成按作用力的种类来区分，引起噪音的原因有：按作用力的种类来区分，引起噪音的原因有：1 1）金属机件之间的撞击力引起的噪音；）金属机件之间的撞击力引起的噪音；2 2）周期性的交变力对机件的作用而引起的噪声；）周期性的交变力对机件的作用而引起的噪声；3 3）不均匀随机力的作用而引起的噪声。）不均匀随机力的作用而引起的噪声。二、二、机械系统噪声的分类机械系统噪声的分类1 1、按噪声起源的不同分类按噪声起源的不同分类1 1）机械性噪声：机械性噪声又称为结构性噪声，由）机械性噪声：机械性噪声又称为结构性噪声，由固体振动而产生。固体振动而产生。2 2）流体动力性噪声：流体动力性噪声由气体或液

4、体）流体动力性噪声：流体动力性噪声由气体或液体等流体振动而产生。等流体振动而产生。3 3）电磁性噪声：电磁性噪声由高频谐磁场的相互作）电磁性噪声：电磁性噪声由高频谐磁场的相互作用，产生周期性交变应力，引起电磁性振动而产生。用，产生周期性交变应力，引起电磁性振动而产生。52 2、按噪声强度随时间而变化的情况分类按噪声强度随时间而变化的情况分类1 1）稳态噪声：稳态噪声一般指噪声强度波动范围在）稳态噪声：稳态噪声一般指噪声强度波动范围在5dB5dB以下的连续性噪声或重复频率大于以下的连续性噪声或重复频率大于10Hz10Hz的脉冲噪音。的脉冲噪音。2 2）非稳态噪音：非稳态噪音一般指噪音强度波动范）

5、非稳态噪音：非稳态噪音一般指噪音强度波动范围在围在5dB5dB以上的连续性噪音。以上的连续性噪音。3 3）脉冲噪音：脉冲噪音一般指持续时间小于）脉冲噪音：脉冲噪音一般指持续时间小于1s1s、噪、噪声强度峰值比其均方根值大于声强度峰值比其均方根值大于10dB10dB而重复频率又小于而重复频率又小于10Hz10Hz的间断性噪声。的间断性噪声。三、三、衡量噪声的指标衡量噪声的指标客观评价量是对噪声强弱的物理度量，而主观评价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对机械噪声强弱的主观感觉。则表征了人对机械噪声强弱的主观感觉。1 1、噪声的客观评价量噪声的客观评价量1 1）声压级）声压

6、级6789101112四、四、机械噪声的传播和衰减机械噪声的传播和衰减噪声在噪声源和接收器（人耳或传播器）之间有三种噪声在噪声源和接收器（人耳或传播器）之间有三种传播途径，如图传播途径，如图8 84 4。1 1）直接传播直接传播：噪声发射后在传播过程中没有任何阻挡：噪声发射后在传播过程中没有任何阻挡而直接传到接收器。而直接传到接收器。2 2）反射传播反射传播：在噪声传播过程中遇到障碍物，按障碍：在噪声传播过程中遇到障碍物，按障碍物的形状、尺寸、材料的不同，噪声改变传播方向或改变物的形状、尺寸、材料的不同，噪声改变传播方向或改变声的强度，再传到接收器。声的强度，再传到接收器。3 3）间接传播间接

7、传播：噪声的能量在传播过程中激起声源以外：噪声的能量在传播过程中激起声源以外的构件产生振动，并成为第二噪声源。若从噪声源发出的的构件产生振动，并成为第二噪声源。若从噪声源发出的噪声频率与传播过程中某一构件的固有频率接近时，构件噪声频率与传播过程中某一构件的固有频率接近时，构件会被激起共振而辐射出更大的噪声。振动辐射噪声，噪声会被激起共振而辐射出更大的噪声。振动辐射噪声，噪声会激起振动，再引起噪声。会激起振动，再引起噪声。噪声在传播过程中，振幅和声强随离开声源距离的增噪声在传播过程中，振幅和声强随离开声源距离的增大而衰减，其原因为：一是声波扩散，二是声能被吸收。大而衰减，其原因为：一是声波扩散，

8、二是声能被吸收。138-2 8-2 机械系统噪声控制机械系统噪声控制 一控制噪声的一般原则和方法一控制噪声的一般原则和方法 二、噪声源控制二、噪声源控制 三、噪声传播途径控制三、噪声传播途径控制 四、噪声接收处控制四、噪声接收处控制 五、常用吸声材料和隔声材料五、常用吸声材料和隔声材料六、降噪装置设计六、降噪装置设计141516此外，共振能最有效地传递振动和发射噪声，因此，此外，共振能最有效地传递振动和发射噪声，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相接近。其不与激振的干扰力频率相一致或相接近。2

9、 2、提高发声零件的抗振性提高发声零件的抗振性 这样可使振动与噪声显著降低。具体：选用发声小的这样可使振动与噪声显著降低。具体：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，增大发声零件质量，减少发声零件的声辐射面积。的结构，增大发声零件质量，减少发声零件的声辐射面积。三、三、噪声传播途径控制噪声传播途径控制1 1、消声器降噪消声器降噪它是控制气体动力性噪声的一种装置。当声波在管道它是控制气体动力性噪声的一种装置。当声波在管道中传播时，由于受到管壁的约束作用而不能扩散，因而可中传播时，由于受到管壁的约束作用而不能扩散，因

10、而可以传得很远。但当管径突然改变时，由于声波与管壁之间以传得很远。但当管径突然改变时，由于声波与管壁之间的摩擦阻力以及被管壁材料吸收等因素，会使在管道中传的摩擦阻力以及被管壁材料吸收等因素，会使在管道中传播的声波产生反射和衰减。播的声波产生反射和衰减。171819五、五、常用吸声材料和隔声材料常用吸声材料和隔声材料1 1、吸声材料吸声材料能将入射声能吸收掉一部分的材料为吸声材料。把吸能将入射声能吸收掉一部分的材料为吸声材料。把吸声材料装在房间墙壁或屏蔽装置的内表面上，或在房间内声材料装在房间墙壁或屏蔽装置的内表面上，或在房间内空间悬挂吸声体，都可以达到降低噪声的效果。空间悬挂吸声体，都可以达到

11、降低噪声的效果。材料对噪声的吸收效果常用吸收因数表示，吸收因数材料对噪声的吸收效果常用吸收因数表示，吸收因数是指被吸收的声功率与入射声功率之比。是指被吸收的声功率与入射声功率之比。吸声材料可分为两大类：一类吸声材料本身有吸声作吸声材料可分为两大类：一类吸声材料本身有吸声作用，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、泡沫塑料及膨胀珍珠岩等）。另一类吸声材料要与其他声学元件组及膨胀珍珠岩等）。另一类吸声材料要与其他声学元件组合才能起吸声作用，例如玻璃布和薄膜，在它们的后面要合才能起吸声作用，例如玻璃布和薄膜，在它们的后面要留有空气层，才能起到吸声作用

12、。板状材料、穿孔板和微留有空气层，才能起到吸声作用。板状材料、穿孔板和微孔结构板等，也要与空腔或其他吸声材料结合才能有效地孔结构板等，也要与空腔或其他吸声材料结合才能有效地吸声。吸声。202 2、隔声材料隔声材料隔声材料应具有良好的声反射性能，较差的声吸收性隔声材料应具有良好的声反射性能，较差的声吸收性能，一般采用致密、无空隙、不透气、质量较大的材料。能，一般采用致密、无空隙、不透气、质量较大的材料。因此，一个良好的隔声材料往往是较差的吸声材料。常用因此，一个良好的隔声材料往往是较差的吸声材料。常用隔声材料按隔声性能高低排序则大致为：铅、钢、混凝土、隔声材料按隔声性能高低排序则大致为：铅、钢、

13、混凝土、砖、玻璃、铝、石膏板、胶合板、木材等。砖、玻璃、铝、石膏板、胶合板、木材等。六、六、降噪装置设计降噪装置设计1 1、消声器设计消声器设计1 1）抗性消声器抗性消声器 扩张型消声器扩张型消声器：利用当声波进入扩张室时因突然扩：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声器。其结构形式多种多张而使能量耗散的原理制成的消声器。其结构形式多种多样，见图样，见图8 81414。改善扩张型消声器消声效果的途径有：采用多段扩张改善扩张型消声器消声效果的途径有：采用多段扩张室；采用内接管并调整内接管长度至适当位置；采用穿孔室；采用内接管并调整内接管长度至适当位置；采用穿孔管导流。管导流

14、。21图图8 814 14 扩张型消声器示意图扩张型消声器示意图22232425262728 当采用两层不同的材质时，应将轻质层一侧对着高当采用两层不同的材质时，应将轻质层一侧对着高噪音源一侧，这样可降低重质层的声辐射，从而提高整个结噪音源一侧，这样可降低重质层的声辐射，从而提高整个结构的隔声效果。构的隔声效果。隔声罩除可采用单层隔声结构和双层隔声结构外，亦可隔声罩除可采用单层隔声结构和双层隔声结构外，亦可采用多层复合结构。需要注意的是，孔洞、缝隙往往是影响采用多层复合结构。需要注意的是，孔洞、缝隙往往是影响隔声结构声量的主要原因。隔声结构声量的主要原因。3 3）隔声罩设计步骤与设计要点隔声罩

15、设计步骤与设计要点隔声罩的声学结构设计步骤：隔声罩的声学结构设计步骤： 测量机械的噪声和频谱；测量机械的噪声和频谱； 根据降低噪声的要求，确定声功率级隔声量和倍频根据降低噪声的要求，确定声功率级隔声量和倍频程隔声量；设计隔声量应大于所要求的隔声量，一般大于程隔声量；设计隔声量应大于所要求的隔声量，一般大于5dB5dB； 选择合适的材料及结构，可按相应结构的计算式估选择合适的材料及结构，可按相应结构的计算式估算隔声量，条件允许时，最好实测所选材料及结构的隔声量。算隔声量，条件允许时，最好实测所选材料及结构的隔声量。29隔声罩设计要点隔声罩设计要点： 隔声罩不能影响生产和妨碍操作；隔声罩不能影响生

16、产和妨碍操作； 壁罩材料应选择有足够隔声能力的材料制作；壁罩材料应选择有足够隔声能力的材料制作； 罩内表面材料的吸收因数不能太小；罩内表面材料的吸收因数不能太小； 隔声罩应选择适当的形式；隔声罩应选择适当的形式； 用钢板之类的轻型结构做壁罩时，要防止共振；用钢板之类的轻型结构做壁罩时，要防止共振； 隔声罩与被隔声罩（如机械设备）间不能有刚性接隔声罩与被隔声罩（如机械设备）间不能有刚性接触；触； 隔声罩各联接部位要密封，不留孔隙；隔声罩各联接部位要密封，不留孔隙； 隔声罩与地面或基座之间，应采取隔振措施；隔声罩与地面或基座之间，应采取隔振措施； 为了罩内散热降温，罩上应留出足够的通风口。为了罩内

17、散热降温，罩上应留出足够的通风口。3 3、隔声屏设计隔声屏设计1 1）隔声屏降噪量的计算隔声屏降噪量的计算图图8 81919中横坐标为菲涅耳数据中横坐标为菲涅耳数据N N，它是描述声波在传，它是描述声波在传播中绕射性能的一个量播中绕射性能的一个量3031328-3 8-3 机械噪声测量简介机械噪声测量简介 一噪声测量系统一噪声测量系统 二、噪声测量方法二、噪声测量方法 三、测量环境对测量结果的修正三、测量环境对测量结果的修正 四、机械系统噪声源的识别四、机械系统噪声源的识别 33机械噪声测量是用相宜的声学测量手段，以获取机机械噪声测量是用相宜的声学测量手段，以获取机械械噪声源特征参量的技术过程

18、，该过程包括测量前对被噪声源特征参量的技术过程，该过程包括测量前对被测对象的了解、明确测量目的、熟悉测量内容、选用测量测对象的了解、明确测量目的、熟悉测量内容、选用测量仪器、按规定方法进行测量、做好测量记录和必要的数据仪器、按规定方法进行测量、做好测量记录和必要的数据处理。处理。常用测量仪器有声级计、频谱分析仪、电平记录仪和常用测量仪器有声级计、频谱分析仪、电平记录仪和磁带记录仪等，其中，声级计是使用最广泛、最基本的声磁带记录仪等，其中，声级计是使用最广泛、最基本的声学噪声测量仪器。学噪声测量仪器。一、一、噪声测量系统噪声测量系统常用的噪声测量仪器主要用来测声场的声压。至于声常用的噪声测量仪器

19、主要用来测声场的声压。至于声强级和声功率级的直接测量，尚有较大的困难，一般是由强级和声功率级的直接测量，尚有较大的困难，一般是由所测得的声压值推算出来的。噪声测量仪器可能是简单的所测得的声压值推算出来的。噪声测量仪器可能是简单的声级计，也可能是复杂的实验室分析和处理系统。声级计，也可能是复杂的实验室分析和处理系统。测量噪声和振动时，理想化的测量系统如图所示测量噪声和振动时，理想化的测量系统如图所示34353 3）脉冲精密声级计脉冲精密声级计：除具备精密声级计的功能外，还：除具备精密声级计的功能外，还能对不连续的、持续时间很短的脉冲声或冲击声进行测量，能对不连续的、持续时间很短的脉冲声或冲击声进

20、行测量，所测得的脉冲声压级可以是有效值或峰值。所测得的脉冲声压级可以是有效值或峰值。4 4）积分精密声级计积分精密声级计：除具备以上功能外，还能测量在：除具备以上功能外，还能测量在一定时间内的等效连续声级，时间间隔可以从几秒至二十一定时间内的等效连续声级，时间间隔可以从几秒至二十几个小时内任意调节，对非稳定连续噪声的测量特别适用。几个小时内任意调节，对非稳定连续噪声的测量特别适用。5 5）频谱声级计频谱声级计：系由声级计与实时分析仪组合而成，：系由声级计与实时分析仪组合而成，除具有声级计的功能外，还能得到噪声的频谱。除具有声级计的功能外，还能得到噪声的频谱。2 2、声强计声强计声强计的工作原理

21、见图声强计的工作原理见图8 82121。组成声强探头的两只电。组成声强探头的两只电容传声器容传声器A A、B B，要求性能相同，其排列形式有顺置式、并，要求性能相同，其排列形式有顺置式、并列式、面对式等多种（见图列式、面对式等多种（见图8 82222），不同排列形式的比较），不同排列形式的比较见表见表8 87 7。3637利 用 声利 用 声强 探 头 和 声强 探 头 和 声强 计 或 其 他强 计 或 其 他设 备 可 组 成设 备 可 组 成不 同 类 型 的不 同 类 型 的声 强 测 量 系声 强 测 量 系统 。 以 声 强统 。 以 声 强计 为 基 本 设计 为 基 本 设备

22、和 以 双 通备 和 以 双 通道 信 号 分 析道 信 号 分 析仪 为 基 本 设仪 为 基 本 设备 组 成 的 声备 组 成 的 声强 测 量 系 统强 测 量 系 统见图见图8 82323。383、传声器传声器传声器是一种将声信号转换为相应电信号的声传声器是一种将声信号转换为相应电信号的声电换电换能器，常用传声器的主要技术特性和适应性见表能器，常用传声器的主要技术特性和适应性见表88。1）灵敏度灵敏度：灵敏度是输出端电压和有效声压的比值，：灵敏度是输出端电压和有效声压的比值，单位为单位为mV/Pa。2）灵敏度频率响应灵敏度频率响应：是指传声器置于指定条件并在恒：是指传声器置于指定条件

23、并在恒定电场和给定入射角的声波作用下，传声器灵敏度和频率定电场和给定入射角的声波作用下，传声器灵敏度和频率之间的关系。之间的关系。3）灵敏度指向性灵敏度指向性：指传声器极头和前置放大器的输出：指传声器极头和前置放大器的输出阻抗，一般以阻抗，一般以1kHz的阻抗值作为标准值，通常不大于的阻抗值作为标准值，通常不大于50。4）传声器的输出阻抗传声器的输出阻抗5）传声器等效噪声级传声器等效噪声级6）最高声压级和动态范围最高声压级和动态范围7）稳定度稳定度：指温度、湿度、气压等环境条件变化对传：指温度、湿度、气压等环境条件变化对传声器灵敏度的影响。声器灵敏度的影响。39404142434445三、三、测量环境对测量结果的修正测量环境对测量结果的修正1 1、本底噪声的修正本底噪声的修正本底噪声亦称背景噪声，主要指电声系统中有用信号本底噪声亦称背景噪声，主要指电声系统中有用信号以外的总噪声。在工业噪声测量中，也指作为待测对象以以外的总噪声。在工业噪声测量中，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外的噪声。测量机械噪声时，若本底噪声低于待测机械