内燃机噪声振动与控制

内燃机噪声振动与控制第一页，共六十四页，2022年，8月28日实验及参考书目2教材：《内燃机噪声振动与控制》（机械工业出版社，吴炎庭编）参考书：《噪声与振动控制技术基础》（科学出版社，盛美萍等主编）《振动力学》（西安交通大学出版社，倪振华主编）《模态分析理论与实践》（北京理工大学出版社，(比利时)海伦编，白化同等译）其他参考资料：期刊《振动工程学报》、《振动与冲击》等及网络资源中国振动联盟等实验：内燃机振动噪声实验或模态分析测试第二页，共六十四页，2022年，8月28日考核方法考核方法：采用考勤、平时考核和期末测验结合的方法进行。期末考试采用闭卷方式，期末考试成绩与平时成绩在总成绩中的比重为7:3。第三页，共六十四页，2022年，8月28日内燃机噪声与控制1噪声的产生和传播特性1.1噪声对人体的影响及噪声控制的一般原则1.2第四页，共六十四页，2022年，8月28日声音的产生声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(ElasticMedium)以声波(SoundWave)的方式将能量传送出去。类型波阵面声线声源类型相关方程平面声波垂直于传播方向的平面相互平行的直线平面声源球面声波以任何值为半径的球面由点声源发出的半径线点声源柱面声波同轴圆柱面线声源发出的半径线线声源第五页，共六十四页，2022年，8月28日1.噪声和噪声的评价1.噪声噪声人们不需要的声音。环境噪声在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的、干扰周围生活、环境的声音。噪声污染所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。内燃机的噪声有？第六页，共六十四页，2022年，8月28日2.声的特性参数(1)频率和周期频率()：每秒钟振动的次数，以Hz为单位噪声控制范围：63-16000Hz第七页，共六十四页，2022年，8月28日周期()：完成一次振动所需要的时间(2)波长和声速波长()：声波在一个周期内传播的距离声速()：声波在媒质中传播的速度15°时空气中声速：340m/s波长()、声速()和频率()的关系：第八页，共六十四页，2022年，8月28日(3)声波的物理度量1)声压及其瞬时值、平均值和有效值2)声强与声强级3)声功率与声功率级第九页，共六十四页，2022年，8月28日声压与声压级a.瞬时声压：某一瞬间的声压。b.平均声压

对于纯音，平均值为0

静态压强第十页，共六十四页，2022年，8月28日

c.有效声压：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求均方根值即得有效声压

用电子仪表测量得到的通常是有效声压,人们习惯上讲的声压实际上也是有效声压.第十一页，共六十四页，2022年，8月28日日常生活中声音的声压数据(Pa)声音种类声压声音种类声压正常人耳能听到最弱声2×10-5织布车间2普通说话声（1m远处）2×10-2柴油发动机、球磨机20公共汽车内0.2喷气飞机起飞200人耳感觉听阈到痛阈的范围是:2×10-5~20Pa第十二页，共六十四页，2022年，8月28日c.声压级:该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20，单位：dB用声压级表示人耳听阈与痛阈范围是:0~120dB第十三页，共六十四页，2022年，8月28日人耳对频率为1kHz声音的可听闻为0dB；微风轻轻吹动树叶的声音约14dB；在房间中高声谈话声(相距1m处)约68dB～74dB；交响乐队演奏声(相距5m处)约64dB；飞机强力发动机的声音(相距5m处)约140dB；一声音比另一声音声压大一倍时大6dB；人耳对声音强弱的分辨能力约为0.5dB。第十四页，共六十四页，2022年，8月28日2)声强和声强级

a.声强：在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是b.声强级：该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10,单位,分贝(dB)第十五页，共六十四页，2022年，8月28日声压级和声强级的关系：第十六页，共六十四页，2022年，8月28日3)声功率和声功率级a.声功率:声源在单位时间内辐射的总能量，单位：瓦。意义：声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理量；声功率可用于鉴定各种声源。第十七页，共六十四页，2022年，8月28日

b.声功率与声强的关系球面辐射时：波阵面面积第十八页，共六十四页，2022年，8月28日c.声功率级声功率级单位：分贝。第十九页，共六十四页，2022年，8月28日(4)声源的辐射特性声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。指向性因子：在离声源中心不同距离处，测量球面上各点的声强，求得所有方向上的平均声强，将某一方向上得声强与其相比就是该方向的指向性因数：第二十页，共六十四页，2022年，8月28日几种典型声源的辐射特性声源类型辐射特性声压空间分布辐射效率点声源无指向性均匀高线声源有一定的指向性声偶极子有很强的方向性不均匀低平面声源复杂的指向性分布第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日（一）响度、等响曲线和响度级声频

声压

次声…20Hz

～

20kHz…超声

（可听阈）2×10-5Pa～20Pa

（痛阈）可听范围

人耳对强度相同而频率不同的声音有不同的响度感觉，即对于相同声压级但频率不同的声音，人耳听起来是不一样响的。描述声音大小的主观感觉量第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日响度级定义：以频率1000Hz纯音的声压级40dB为基准音，调节1000Hz纯音的声压级，使大量受试者判断，若某声源的噪声听起来与该纯音一样响亮，则该噪声的响度级就等于该纯音的声压级值。单位：“方”（phon）。响度描述声音大小的主观感觉量，“宋”(sone)

定义：1000Ｈz纯音声压级为40dB时的响度为１sone。利用与基准音相比较的方法，可以得到整个可听频率范围纯音的响度级。

第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日响度级听阈曲线

痛阈曲线

等响曲线

等响曲线是相等响度声音对应点的连线，相当于声压级、频率不同，但响度级相同的声音。各曲线上的数字表示声音的响度级，即和这个声音同样响的1000Hz纯音的声压级。零方响度级曲线(虚线)是听阈曲线，虚线上的点表明入耳刚能听到声音的频率和声压级，低于虚线的点所表示的一定频率和声压级的声音都听不到。120phon曲线是痛阈曲线。任一曲线低频区声压级高，高频区声压级低，说明人耳对低频声不敏感，对高频声敏感。声压级高于100dB，等响曲线渐平缓，说明人耳分辨高、低频声音的能力变差，此时声音的响度级与频率关系已不大，主要决定于声压级。第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日(2)计权声级考虑到人们主观上对响度感觉不同，根据等响曲线对频率给以适当增减的修正方法称为频率计权常用的有A、B、C三种计权网络。A计权曲线模拟人耳，近似于响度级为40phon等响曲线的倒置，使低频段有较大的衰减。B计权曲线近似于70phon等响曲线的倒置，使低频段有一定的衰减。C计权曲线近似于100phon等响曲线的倒置，可听声范围平直。经A计权曲线测量出的分贝读数称A计权声级，dB(A)。同样经B或C测得的分贝读数分别为B计权声级和C计权声级,dB（B）、dB（C）。第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日如果不加频率计权，仪器对不同频率响应是均匀的，即线性响应，测量的结果就是声压级，直接以分贝或dB表示，记作Lin称为L计权声级。D计权测得的分贝数称D计权声级，dB(D)。D声级主要用于航空噪声评价。A声级能较好地反映稳态宽频带噪声，国际公认用A声级作为保护听力和健康、以及环境噪声的评价量。第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日（3）噪声评价数（NR）曲线评价室内噪声。考虑了高频噪声比低频噪声对人的影响更大，可弥补A声级反映频率特性的不足。以1kHz倍频带声压级值作为噪声评价数NR，其噪声级范围是0～130dB，频率范围是31.5～8000Hz内9个倍频程。每条曲线上的NR值为曲线通过中心频率1000Hz的声压级数值。第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日NR数的确定方法已知噪声的频谱,由噪声评价数曲线查得各频带相应的NR，其中最大者即为该噪声评价数NR。已知倍频带声压级，相应的NR为

式中

——各中心频率下NR数对应的声压级,dB；

——各中心频率对应的系数。方法1

方法2

方法3

NR数与A声级较好相关，二者间的近似关系为

式中，——A声级,dB（A）。第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日

不同中心频率的系数

和倍频带中心频率/Hz

6335.50.79012522.00.87025012.00.9305004.80.974100001.0002000-3.5

1.0154000-6.11.0258000-8.01.030第三十页，共六十四页，2022年，8月28日(4)等效连续A级声定义：某时段内的非稳态噪声的A声级，用能量平均的方法，以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级。

计算公式1：A声级测量值连续

式中——等效连续A声级，dB（A）；

——噪声暴露时间，h或min；

——时间t内的A声级，dB（A）。

第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日(5)噪声对听力的损伤噪声污染危害典型案例——1981年，在美国举行现代派露天音乐会上，有300名听众突然失去知觉，昏迷不醒，100辆救护车抢救。——1959年，美国有10名“自愿”作噪声试验，当实验用飞机从10名自愿者头上10——12米高处飞过后，有6人当场死亡，4人数小时后死亡第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日——

1960年，日本广岛一男子被附近工厂发出的噪声折磨烦恼万分，最后把工厂主杀死。——

1961年，一名日本青年从新泻来到东京找工作，由于铁路附近，日夜噪声折磨，患失眼症，自杀第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日如果人们长期在强噪声环境下工作，听觉疲劳不能得到及时恢复，且内耳器官会发生器质性病变，即形成永久性听阈偏移，又称噪声性耳聋。长期在高噪声环境下工作的人与低噪声环境下的情况相比，会产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、全身疲乏无力以及记忆力减退等神经衰弱症状。高血压、动脉硬化和冠心病的发病率要高2～3倍。危害第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日噪声也可导致消化系统功能紊乱，引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐，使肠胃病和溃疡病发病率升高。此外，噪声对视觉器官、内分泌机能及胎儿的正常发育等方面也会产生一定影响。在高噪声中工作和生活的人们，一般健康水平逐年下降，对疾病的抵抗力减弱，诱发一些疾病，但也和个人的体质因素有关，不可一概而论。第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日建筑噪声建筑施工噪音第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日交通噪声交通噪声

第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日噪音对人类不同程度的影响无法忍受：150dB~130dB

感到疼痛：130dB~110dB

环境声量等级很吵：110dB~70dB

较静：70dB~50dB

安静：50dB~30dB

极静：30dB~10dB

无声：0dB第四十页，共六十四页，2022年，8月28日分贝的标准

20~40dB相当于轻声说话。40~60dB相当于室内谈话。

60~70dB有损神经。

70~90dB很吵,长期在这种环境下学习和生活，会使人的神经细胞逐渐受到破坏。

90~100dB会使听力受损。100~120dB使人难以忍受，几分钟就可暂时致聋。第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日42噪声的控制依据：声源振动产生声音空气等介质的传播耳膜的振动第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日振动与噪声的控制方法1、消振（声）2、隔振（声）3、结构改进第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日内燃机的噪声控制声源1）降低激振源的激振2）降低结构的传递函数3）降低辐射表面的辐射效率隔声隔声罩吸声第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日消声器45第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日消声门46第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日消声室47汽车性能测试第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日48用途：(工业)控制室、设备间、精密仪器检测、测试

(民用)医学检查、科学研究、音乐练习、听力测试某电子厂隔声测试房惠而浦公司在线噪声测试房隔声房第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日吸声体第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日吸声罩第五十页，共六十四页，2022年，8月28日1.产品噪声标准2.噪声排放标准3.环境质量标准环境噪声标准

二第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日1.产品噪声标准a.汽车定置噪声b.地铁车辆噪声标准第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日a.汽车定置噪声汽车定置：汽车不行驶，发动机处于空载运转状态。反映了车辆的排气噪声和发动机噪声情况。《汽车定置噪声限值》对城市道路允许行驶的在用汽车规定了定置噪声的限值。第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日各类车辆定置噪声A声级限值(dB)车辆类型燃料种类1998年1月1日前出厂1998年1月1日后出厂轿车汽油8785微型客车、货车汽油9088轻型客车、货车、越野车汽油n<4300r/min汽油n>4300r/min柴油9497100929598中、大型客车、货车汽油柴油9710395101大型货车额定功率N<147kW额定功率N>147kW10110599103第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日2.噪声排放标准a.各类厂界噪声标准b.建筑施工厂界噪声限值c.铁路及机场周围环境噪声标准第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日a《工业企业厂界噪声标准》（GB12348-90）类别昼间/dB夜间/dBⅠ5545Ⅱ6050Ⅲ6555Ⅳ7055规定四类标准的适用范围为：

Ⅰ类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。

Ⅱ类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区。

Ⅲ类标准适用于工业区。

Ⅳ类标准适用于交通干线道路两侧区域。

第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日b《建筑施工场界噪声标准》（GB12523-90）施工阶段主要噪声源噪声限值/dB昼间夜间土石方推土机、挖掘机、装载机7555打桩各种打桩机85禁止施工结构混凝土搅拌机、振捣棒、电锯等7055装修吊车、升降机6555第五十七页，共六十四页，2022年，8月28日c.铁路及机场周围环境噪声标准铁路边界噪声限值及测量方法机场周围飞机噪声环境标准适用区域标准值LWECPN(dB)一类区域≤70二类区域≤75机场周围飞机噪声标准值及适用区域

注：一类区域：特殊区域居住区；居住、文教区。二类区域：除一类以外的生活区。

第五十八页，共六十四页，2022年，8月28日a.工业企业噪声卫生标准b.室内环境噪声允许标准c.城市区域环境噪声标准3.

环境质量标准第五十九页，共六十四页，2022年，8月28日a.工业企业噪声卫生标准工业企业厂区内各类地点的噪声标准（A计权声级dB）序号地点类别噪声限值1生产车间及作业场所（工人每天连续接触噪声8h）902高噪声车间设置的值班室、无电话通话要求时观察室、休息室有电话通话要求时75703精密装配线、精密加工车间的工作地点、计算机房704车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声级）705主控制室、集中控制室、通讯室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声级）606厂部所属办公室、会议室、设计室、中心实验室（包括试验、化验、计量室）（室内背景噪声级）607医务室、教室、哺乳室、托儿所、工人值班室（室内背景噪声级）55第六十页，共六十四页，2022年，8月28日

b.室内环境噪声标准（1）国际标准化组织(ISO)的环境噪声标准规定住宅区室内环境噪声的容许声级为34～