第八章--机械系统的噪声及控制

第八章机械系统的噪声及控制机械系统噪声的分类和特性机械系统噪声控制机械系统噪声测量简介在弹性介质中，如果波源所激起的纵波的频率，在20HZ~20000HZ之间，就能引起人的听觉，在这频率范围内的振动成为声振动，由声振动所激起的纵波称为声波。频率高于20000HZ的机械波称为超声波；频率低于20HZ的机械波称为次声波。噪声环境会严重影响到人的身心健康，人暴露在噪声环境中，特别是在强噪声环境中生活和工作，时间长了听觉能力下降，发生听觉疲劳和噪声烦恼，还会引起人体的神经系统、心血管系统、消化系统、内分泌系统等方面的疾病。此外，噪声也会对仪器设备、建筑物产生影响。大功率的强噪声会妨碍仪器设备的正常运转，造成仪表读数不准、失灵，甚至使金属材料因声疲劳而破坏。180dB的噪声能使金属变软，190dB能使铆钉脱落。大型喷气式飞机以超音速低空掠过时，它发生的大功率冲击波有时能使建筑物玻璃震裂，甚至房屋倒塌。第一节机械系统噪声的分类和特性机械系统噪声的形成机械系统噪声的分类衡量噪声的指标机械系统噪声的传播和衰减一、机械系统噪声的形成1、金属机件之间的撞击力引起的噪声；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、机械系统噪声的分类按噪声起源的不同分类：机械性噪声：结构性噪声，由固体振动而产生流体动力性噪声：由气体或液体等流体振动而产生电磁性噪声：由高频谐磁场的相互作用而产生按噪声强度随时间而变化的情况分：稳态噪声：噪声强度波动范围在5dB以下的连续性噪声非稳态噪声：噪声强度波动范围在5dB以上的连续性噪声脉冲噪声：持续时间小于1s、噪声强度峰值比其均方根值大于10dB而重复频率小于10Hz的间断性噪声三、衡量噪声的指标噪声的客观评价量1、声压级声压是指声波在其传播方向垂直的平面上产生的压强，以P表示，单位为Pa。迅速变化的声压的某一时间平均值称为有效声压。在实际测量中得到的声压为有效声压。正常人耳刚刚能听到的声压（听阈声压）为2×10-5Pa。人耳产生疼痛的声音的声压（痛阈声压）为20Pa。由于此范围太大，用声压来衡量声音的强弱不是很方便，于是便引出一个成倍比关系的对数量级，来表示声音的强弱，即声压级。声压级的单位是分贝（dB)。的听阈声压。是—基准生压，—；—声压—；—声压级—式中HzPapPapdBLp1000,102)()(50)(lg200dBppLp用声压级来表示声压的强弱。2、声功率级声功率是指声源在单位时间内辐射的总声能量，以W表示，单位是W=1N·m/s。声功率的变化范围很广，听阈声功率是10-12W，痛阈声功率是1W，相差亿万倍。声功率级是声功率的相对表示：0lg10WWLW。中—基准声功率，在空气—；—实际声功率—；—声功率级—式中p)()(1200噪声的客观评价量3、声强级声强是指在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能量。0lg10IILI。—基准声强，在空气中—；—声强—；—声强级—式中2212002/1/10)/()(mpWmWIImWIdBLI噪声的客观评价量在自由声场中，声波传播方向的声强I与声压P的关系：cpI02。度（—空气中声波传播的速—；—空气质量密度（—；—有效声压—；—声强—式中m/s)cmkgmNpmWI)/)/()/(3022pILppcpcpL002002lg20lg10声压级和声强级数值相同噪声的客观评价量噪声频谱人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且与频率有关，对高频声音感觉灵敏，对低频声音感觉迟钝。声压级相同而频率不同的声音，听起来可能不一样。因此，噪声的物理度量并不能表征人身最声音的主观感觉。在一定程度上，对噪声的主观评价比对声音的客观评价更为重要。噪声的主观评价量1、响度级与响度2、计权声级3、噪声评价值NR噪声的主观评价量1、响度与响度级响度级：它是表示声音响度的量。它是把声压级和频率用一个单位统一起来既考虑声音的物理效应，又考虑声音对人耳的生理效应，是人们对噪声的主观评价的基本量之一。采用1kHz纯音作为基准参考声音，调节1kHz纯音的声压级，使它和所判断的声音听起来一样响，则该1kHz纯音的声压级就是该声音的响度。用此比较方法可以得到整个可听频率范围内的纯音的响度级，这就是等响曲线。响度N：规定声压级为40dB的1kHz纯音的响度为1sone，即1sone等于40phon。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。NLNNLNlg334022/)40(或响度与响度级之间的关系为：2、A声级噪声的主观评价量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一种特殊的滤波器，成为计权网络。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。A、B、C三种计权网络，分别对应于40phon、70phon、100phon三个倒置的等响度曲线并以此为基础测量噪声的评价参数。A声级是用声级计的A计权网络测得的表头上的测量示值，记LA，单位为dBA。噪声的主观评价量3、噪声评价值NR噪声评价值是根据人耳对各频率响应的特点、同时考虑了噪声的强度和频率两个主要因素、并强调了高频噪声比低频噪声更为烦扰人的特性的评价尺度。四、机械系统噪声的传播与衰减噪声在噪声源和接收器之间有三种传播途径：直接传播：在传播过程中没有受到任何阻挡而直接传到接收器反射传播：在传播过程中遇到障碍物，按障碍物的形状、尺寸和材料的不同，噪声改变传播方向或改变声的强度，再到接收器。间接传播：在传播过程中激起声源以外的构件产生振动，该构件成为第二噪声源。若噪声的频率与传播过程中的某一构件的固有频率相接近时，则将使该构件共振而产生更大的噪声。四、机械系统噪声的传播与衰减噪声的声波在均匀介质中传播时，其振幅和声强等随着离开声源距离的增大而衰减。其原因：声波扩散声能被吸收当声波在介质中传播时，介质总要吸收波的一部分能量，因此波的强度和振幅都将逐渐减小，作吸收的波的能量将转换成其他形式的能量（如介质的内能）。介质的吸收系数与介质本身有关，同时还与波的频率有关。第二节机械系统噪声控制控制噪声的一般原则和方法噪声源控制噪声传播途径控制噪声接收处控制常用的吸声材料和隔声材料选定控制方案确定减噪量施工、安装隔噪效果鉴定评价噪声容许标准或降噪指标对机械系统噪声状况的测试、分析未达到预期降噪指标技术论证（正确性、可行性）经济论证（经济型）对工作的影响（适用性）达到预期降噪指标查找原因修改控制方案增加新措施机械系统噪声的一般控制程序一、控制噪声的一般原则和方法一般原则：噪声控制方法：吸声隔声隔振消声器二、噪声源控制从声源上根治噪声，这是一种最积极最有效的措施。根据噪声频率，通过分析找出产生噪声的原因，然后采取针对性的技术措施，其方法可归纳以下几方面：1、改进机械结构2、改进工艺和操作方法3、提高加工和装配精度选用发声小的材料改变传动方式改进设备结构2、改进工艺和操作方法如用焊接代替铆接，用液压机代替锤锻机等，均能显著降低噪声。发电厂等工业锅炉的高压蒸汽放空时产生很大的噪声。通过工艺改进，将所排空的蒸汽回收进入减温减压器，这样不仅消除了放空噪声，而且提高了经济效益。3提高加工和装配精度应尽量减小撞击件质量，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，减小接合处的间隙，尽量采用均匀的回转运动代替往复运动，合理安排润滑，减小运动表面粗糙度，以减小摩擦力。注意避免发生共振。机械性噪声绝大部分有振动产生。减少机械零件的振动、撞击和摩擦，调整旋转不见得平衡，都可以降低噪声。例如，提高齿轮的加工精度，可使运动平稳，这样就降低噪声。当齿轮转速为1000r/min时，齿形误差从17μm降为5μm时，其噪声可降低8dB.三、噪声传播途径控制1、利用吸声、隔声材料降噪2、采用隔振与减振降噪声常用的噪声工学控制措施使用场合及降噪效果的应用举例三、噪声传播途径控制1、消声器降噪抗性消声器：适用于消除低、中频噪声阻性消声器：适用于消除高、中频噪声阻抗复合式消声器2、隔声罩降噪3、隔声屏降噪用隔声结构做成屏障，放在噪声源于接收点之间，以阻挡噪声直接向接收点辐射的一种降噪装置。四、噪声接收处控制常用的有耳塞、护耳套、护耳头盔，建造隔声间新建改扩建企业的噪声限值每个工作日接触噪声的时间8421最高不得超115dBA允许噪声LA/dBA85889194现有企业暂时达不到标准是适当放宽的噪声限值每个工作日接触噪声的时间8421最高不得超115dBA允许噪声LA/dBA90939699我国工业企业噪声卫生标注五、常用吸声材料和隔声材料（一）吸声材料能将入射声能吸收掉一部分的材料称为吸声材料。吸声效果用吸收因素表示：入射声功率被吸收的声功率1、多孔吸声材料：天然的麻、棉、棕、玻璃棉、泡沫塑料及膨胀珍珠岩2、膜状材料：玻璃布、塑料布、塑料薄膜、帆布、人造革和漆皮3、柔性材料：聚苯乙烯4、板状材料：5、半穿孔的吸声板（二）隔声材料五、常用吸声材料和隔声材料隔声材料应有良好的声反射性能，较差的声吸收性能，一般采用致密、无孔隙、不透气、质量较大的材料。常用隔声材料按隔声性能高低排序大致为:铅、钢、混凝土、砖、玻璃、铝、、石膏板、胶合板、木材（一）消声器设计1、抗性消声器扩张型消声器：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之长的消声器。共振型消声器：具有一个或数个共振腔，每个共振腔有各自的共振频率，噪声声波在共振腔口被激发产生共振，且使噪声声波与腔内媒体介质波动的相位相差180°，形成相互对抗的波，从而耗散声能达到降噪的目的。六、降噪装置设计声干涉型消声器：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声器。为使两路声波发生干涉而互相削弱，声波通过主通道与旁通道的长度之差应是1/2声波波长的奇数倍，即设主通道的长度为l，则旁通道的长度应为：l+λ(n+1/2)，n=0，1，2，3，六、降噪装置设计2、阻性消声器阻性消声器因管道内壁的吸声材料或吸声结构的衬贴、布置形式不同，而有多种结构形式。（二）隔声罩设计1、单层结构的隔声罩单层结构的隔声罩的实际隔声量R可按质量定律计算：aVRRlg100平均吸收因素—罩内表面吸声材料的—量—罩壁材料的固有隔声——隔声量—式中aVdBRdBR)()(0六、降噪装置设计2、双层结构的隔声罩留有空气层的双层结构的隔声罩要比质量相等的单层结构的隔声罩的隔声量大5~10dB。在隔声量相同的条件下，双层结构的质量仅是单层结构的2/3~3/4。双层结构的隔声量，可由下列经验公式计算:RRmkgAAAA81810021221)lg(/时，RRmkgAAAA1351310021221)lg(./时，六、降噪装置设计六、降噪装置设计3、隔声罩设计步骤与设计要点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程隔声量；设计隔声量应大于所要求的隔声量约5dB；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。隔声罩设计步骤六、降噪装置设计隔声罩设计要点：隔声罩不能影响生产和妨碍操作；罩壁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，以利罩内吸声，提高隔声效果；隔声罩应选择适当的形式，曲面形体较好；隔声罩用钢板之类的轻型结构作罩壁时，要防共振；隔声罩与被隔声源间不能有刚性接触；隔声罩各联结部位要密封，不留孔隙；隔声罩与地面或基座之间应采取隔振措施。六、降噪装置设计（三）隔声屏设计SPOd22cfNdBA绕射路程差：其主要取决于隔声屏的有效高度。菲涅尔数N是描述声波在传播中绕射性能的一个量：噪效果越明显。越大，表明隔声屏的降则菲涅尔数越小），越高（波长越大或声波频率路程差Nf隔声屏设计要点在隔声屏一侧或两侧贴衬吸声材料；隔声屏所用隔声