高速電主軸噪聲畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　二〇一一年五月二十三日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對各類機(jī)電產(chǎn)品和設(shè)備也提出了更高、更新的要求。為滿足這種要求，目前許多機(jī)電系統(tǒng)正向復(fù)雜化、高速化及相對重載化的方向

2、發(fā)展。伴隨著這些發(fā)展，對高速加工的核心部件高速電主軸的噪聲問題也提出了越來越高的要求。因此噪聲已經(jīng)成為了評價高速電主軸性能的一項重要指標(biāo)?；诖耍疚拈_展對高速電主軸噪聲分析及控制研究主要內(nèi)容有：</p><p>　　對振動噪聲基本理論特別是前人關(guān)于高速電主軸噪聲的知識做了總結(jié)。對高速電主軸結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對高速電主軸各種噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和特征作了較為詳細(xì)的闡述，討論了各種噪聲的影響因素及相應(yīng)的控制

3、措施；在噪聲測試方面，介紹了常用的測量噪聲的聲壓法、聲強(qiáng)法。聲強(qiáng)法方面主要做了理論上的探討，研究了聲強(qiáng)測量的原理及如何減小測量誤差等，為進(jìn)一步應(yīng)用其開展噪聲研究工作做了準(zhǔn)備；討論各種識別高速電主軸噪聲源的方法及其原理。最后以型號為的高速電主軸為研究對象，對其聲壓進(jìn)行了測量，測定了該電主軸的聲功率級，并分析了所測信號的頻譜結(jié)構(gòu)，初步分析了噪聲的產(chǎn)生原因和主要噪聲源的位置。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高速電主軸噪聲

4、，聲壓，噪聲測試，頻譜分析</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　As science and technology development and improvement of living standards , People of all kinds of mechanical and electrical products

5、and equipment is also a higher, updated requirements. To meet this requirement, many current positive complex mechanical and electrical systems, high speed and relatively heavy in the direction of development. Along with

6、 these developments, the core components of high-speed machining of high-speed electric spindle noise made ever-increasing demands,Noise index is </p><p>　　Fundamental theories about vibration and noise espe

7、cially precedential research on high-speed electric spindle noise are summarized.On the basis of analyzing high-speed electric spindle's structure and working principle, the origination, characteristics, influential

8、factors and control measures of high-speed electric spindle noise are analyzed in this paper; With regard to noise testing,sound pressure and sound intensity are introduced. Study of sound intensity is focused on testing

9、 principal,in</p><p>　　Keywords:high-speed spindle noise,sound pressure,noise testing,frequency spectrum analysis</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　第一章 緒論··

10、83;····································&

11、#183;······1 </p><p>　　1.1 本課題研究的意義·······················&

12、#183;···················1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀···········

13、;··································2</p>&l

14、t;p>　　1.2.1 噪聲分析與控制的提出································&#

15、183;3</p><p>　　1.2.2 噪聲分析與控制的發(fā)展·····························&

16、#183;···5</p><p>　　1.2.3 高速電主軸噪聲的研究現(xiàn)狀·························

17、3;···6</p><p>　　1.3 本課題研究內(nèi)容···························&#

18、183;················7</p><p>　　高速電主軸振動與噪聲的產(chǎn)生和特征·············&#

19、183;····9</p><p>　　2.1 高速電主軸的振動分析·························

20、83;·············9</p><p>　　2.2.1 高速電主軸的基本結(jié)構(gòu)················&#

21、183;················9</p><p>　　2.2.2 高速電主軸工作原理·············&#

22、183;·····················11</p><p>　　2.2.3 高速電主軸振動產(chǎn)生的機(jī)理·······

23、3;·····················12</p><p>　　2.2 電主軸噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和特征········&

24、#183;························13</p><p>　　2.2.1 電磁噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和特征····

25、83;························13</p><p>　　2.2.2 機(jī)械噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和特征·····

26、;························13</p><p>　　2.2 噪聲分析與控制中的聲學(xué)基礎(chǔ)·····&#

27、183;···························14</p><p>　　2.3.1 聲波的產(chǎn)生與聲壓··&#

28、183;··································14</p>

29、<p>　　2.3.2 聲學(xué)波動方程································&#

30、183;········16</p><p>　　2.3.3 聲波的能量、聲強(qiáng)和聲功率····················

31、3;········20</p><p>　　2.3.4 聲級······················

32、3;··························21 </p><p>　　噪聲測試技術(shù)····

33、83;································24</p><p>　　

34、3.1 概述 ···································&#

35、183;··················24</p><p>　　3.2 噪聲測量系統(tǒng)············

36、···································25</p&g

37、t;<p>　　3.3 聲壓測量································

38、3;··················26</p><p>　　3.3.1 聲級計············

39、83;··································26</p>

40、<p>　　3.3.2 聲壓測量中的注意事項·······························

41、3;26</p><p>　　3.4 聲強(qiáng)測量······························

42、3;····················27</p><p>　　3.4.1 聲強(qiáng)測量基本原理·········

43、83;··························27</p><p>　　3.4.2 聲強(qiáng)測量的誤差分析···&

44、#183;······························30</p><p>　　高速電主軸噪聲的仿真

45、分析·························34</p><p>　　4.1 Labview 軟件簡介····&#

46、183;····································

47、··34</p><p>　　4.2 測量點(diǎn)的布置····························

48、3;··················36</p><p>　　4.3 測量過程············

49、3;····································&#

50、183;·37</p><p>　　4.4 測量結(jié)果的仿真分析····························

51、83;············38</p><p>　　4.5 結(jié)論···················

52、;····································47

53、 </p><p>　　總結(jié)與展望·······························&#

54、183;·······48</p><p>　　參考文獻(xiàn) ························

55、·························49</p><p>　　致謝 ·······

56、····································

57、3;·········52</p><p>　　第一章 緒論 </p><p>　　1.1 本課題的研究意義 </p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和社會進(jìn)步，人們逐步認(rèn)識到，噪聲已成為影響最廣的一種公害，是

58、四大環(huán)境污染之一。噪聲是一種聲學(xué)污染源，它不僅影響人們的身心健康，影響人們的工作休息，而且也是降低工作人員的勞動效率,導(dǎo)致各種事故發(fā)生的重要原因。時間久了，噪聲除了對人的聽覺系統(tǒng)有損傷以外，還對大腦的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及消化系統(tǒng)等均有影響，這稱之為噪聲的生理效應(yīng)。</p><p>　　噪聲還嚴(yán)重影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。一般來講，產(chǎn)品的噪聲越大，產(chǎn)品的質(zhì)量就越低劣，因而其在市場上的占有率就越低。特別是產(chǎn)品的能夠直接被

59、用戶所感覺到，因而其噪聲往往產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售的關(guān)鍵因素。一般情況下，我們知道，一件產(chǎn)品其加工精度越高，噪聲就越低，反之越高。例如，當(dāng)今的硬盤市場競爭極其激烈，其競爭不僅僅表現(xiàn)在儲存量、搜索速度荷穩(wěn)定性上，在硬盤的噪聲方面更是投入了更大的人力和物力。因為，一旦速度提高，隨之而來的振動噪聲就會增大，而這些煩人的“吱吱”聲對于計算機(jī)用戶來講，是非常影響思緒和情緒的。所以，多數(shù)的顧客在選擇計算機(jī)時都要求硬盤的噪聲小。由于用戶的高度重視，各硬盤生產(chǎn)

60、廠家在噪聲的控制上花的功夫相當(dāng)大。而ISO也很早就制定了噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)很多時候只是注意了功能的實(shí)現(xiàn)，往往忽視了噪聲、外形等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，所以在國際市場上缺乏競爭力。</p><p>　　高速加工于20世紀(jì)90年代初期進(jìn)入工業(yè)制造領(lǐng)域，是制造工業(yè)史上繼數(shù)控加工之后的又一項重大創(chuàng)新，它不僅可以獲得更大的生產(chǎn)效率,而且還可獲得很高的加工質(zhì)量，而高速加工一個最根本最核心的特點(diǎn)和技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)高速的切削速度，因此

61、高速電主軸單元成為高速加工機(jī)床核心部件。高速電主軸作為高速機(jī)床的核心部件，也是該機(jī)床的主要噪聲源。電主軸中電磁噪聲和機(jī)械噪聲是不可避免的，它是反映電機(jī)設(shè)計和制造水平的重要指標(biāo)，通過對其空載運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的振動與噪聲進(jìn)行性能預(yù)測和實(shí)驗評價，研究隔振與降噪技術(shù)，并依據(jù)噪聲來辨別和排除機(jī)器故障,不僅能保證生產(chǎn)任務(wù)完成,還可防止安全事故發(fā)生。因此，噪聲問題是一個具有極強(qiáng)實(shí)際意義的問題。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研

62、究現(xiàn)狀</p><p>　　從二十世紀(jì)五、六十年代開始，國外一些研究單位和高效就進(jìn)行發(fā)動機(jī)噪聲的研究工作。目前為止，抑制機(jī)構(gòu)噪聲的方法主要通過兩種途徑：一種是直接對噪聲進(jìn)行控制，一種是通過控制振動，實(shí)現(xiàn)對噪聲的控制，前者的提出很自然，是最早使用的，它主要分為被動控制和主動控制兩種。吸聲、隔聲等被動控制很早就應(yīng)用在控制的實(shí)踐中，1934年德國物理學(xué)家 Paul Lueg（1898～1979）分別向德國、美國提出名為

63、“消除聲音振蕩過程（Process of Silencing Sound Oscillation）”，標(biāo)志著噪聲的主動控制研究的開端，有源消聲（Active Noise Control）開始被研究。1975年N. Lalor 和 M. Petyt 在SAE上發(fā)表了作為噪聲源的內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)振動模態(tài)。1982年，M.F.Russell在文章中對柴油機(jī)噪聲控制技術(shù)進(jìn)行了論述。于此同時，一些學(xué)校和企業(yè)也進(jìn)行了大量的研究工作，英國的南安普頓大學(xué)（U

64、niversity of southampton）振動噪聲研究所于上世紀(jì)七十年代在對一些主要內(nèi)燃機(jī)制造公司生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)噪聲測試的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)測柴油機(jī)A計權(quán)聲壓級的經(jīng)驗公式</p><p>　　1.2.1. 噪聲分析與控制的提出</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對各類機(jī)電產(chǎn)品和設(shè)備也提出了更高、更新的要求。為滿足這種需要，目前許多機(jī)電系統(tǒng)正向復(fù)雜化、高速化及相對

65、重載化的方向發(fā)展。伴隨著這些發(fā)展，隨之而來的噪聲問題正日益突出。</p><p>　　噪聲的危害是多方面的，其中最直接、最明顯的表現(xiàn)在于對人的各種影響。噪聲嚴(yán)重影響人們的工作效率，長時間的強(qiáng)噪聲環(huán)境中工作會使聽力受到損害，人在較強(qiáng)的噪聲環(huán)境下暴露一定時間會出現(xiàn)聽力下降的現(xiàn)象，但到安靜的場所停留一段時間，聽覺就會恢復(fù)，這種現(xiàn)象叫做暫時性聽閥偏移，也叫做聽覺疲勞。但是長年累月的在強(qiáng)噪聲環(huán)境下工作，不斷的接收強(qiáng)噪聲的刺

66、激，則聽覺不能復(fù)原，造成永久性聽閥偏移，即聽力損失。有資料表明：在80dB一下職業(yè)性噪聲暴露時，一般不致引起噪聲性耳聾（并不是指不造成聽力損失）；在85dB下可造成輕微的聽力損失；在85dB～90dB之間，會造成少數(shù)人的噪聲性耳聾；在90dB～100dB之間，造成一定數(shù)量人的噪聲性耳聾；在100dB以上，造成相當(dāng)數(shù)量人的噪聲性耳聾。</p><p>　　除了對人聽力的影響外，聽力還對人的健康有很大的危害。它直接作

67、用于人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使人的基本生理過程失調(diào)，甚至還會引起神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等方面的疾病。此外，噪聲還會對建筑物造成損壞，干擾精密儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　噪聲的來源是很多方面的，其中電磁噪聲和機(jī)械噪聲是主要因素。電磁噪聲是由氣隙磁場產(chǎn)生的、作用在定子鐵芯上的徑向力波引起的。而機(jī)械噪聲又稱結(jié)構(gòu)噪聲，是在撞擊、摩擦、交變應(yīng)力等的作用下，機(jī)械構(gòu)件由于振動產(chǎn)生的噪聲。目前，在高速加工技術(shù)領(lǐng)域廣域使

68、用著以電主軸為主體的各種高速機(jī)構(gòu)，它的電磁噪聲以及振動噪聲構(gòu)成了機(jī)械設(shè)備總噪聲的一個重要部分。因此，設(shè)備電磁噪聲以及振動噪聲的有效控制對實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品整體降噪具有十分重要的意義。</p><p>　　目前，產(chǎn)品的噪聲指標(biāo)已經(jīng)成為衡量其先進(jìn)性和市場競爭力的主要因素之一。許多國家和國際組織如ISO等都制定了相應(yīng)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。目前，如何對噪聲進(jìn)行有效的控制或如何基于噪聲控制設(shè)計高性能產(chǎn)品，已成為急需進(jìn)一步解決的關(guān)鍵問題之

69、一。甚至，下一世紀(jì)對噪聲的控制技術(shù)的研究與應(yīng)用依然是重要的前沿性研究領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計應(yīng)予以考慮的重要因素之一。</p><p>　　1.2.2. 噪聲分析與控制的發(fā)展</p><p>　　由于理論和科技的限制,很早的時候人們就開始采用被動的方法來進(jìn)行噪聲的控制,即噪聲的無源控制。主要有以下幾種方法：</p><p><b>　　用吸聲方法降低噪聲&l

70、t;/b></p><p>　　用吸聲方法降低噪聲的方法是指利用吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)來吸收聲能，從而控制噪聲強(qiáng)度。吸聲材料的吸聲性能用吸聲系數(shù)和聲阻抗表示。被吸收的聲能對入射聲能之比定義為吸聲系數(shù)，即</p><p>　　=吸收聲能/入射聲能 （1-1）</p><p>　　吸聲系數(shù)是衡量材料對聲

71、能的吸收量的標(biāo)準(zhǔn)，吸聲系數(shù)大吸聲效果越好，它與材料的物理性質(zhì)、聲波頻率及聲波射線的入射角有關(guān)。任何材料對聲波都能吸收，但吸收的程度各有不同，一般密度越小，孔隙越多，吸聲性能越好，但如孔隙過大，成為疏松稀薄材料，則吸聲性能反而降低。</p><p><b>　　用隔聲法降低噪聲</b></p><p>　　人們在聽到巨大的聲音時，就本能的用手捂住耳朵，這可能就是人類最早

72、利用的隔聲方法。隔聲就是把發(fā)聲的物體，或把需要控制噪聲的場所封閉起來，使其與周圍的環(huán)境隔絕開來，成為聲學(xué)上的孤立系統(tǒng)。</p><p>　　一般情況下，我們都是進(jìn)行空氣聲的隔離，采用的方式通常有三種方法：a.單層隔聲裝置；b.雙層隔聲裝置；c.帶空氣層的雙層隔聲裝置。</p><p>　　單層隔聲裝置中常用的隔聲墻、專用隔聲材料。對于單層隔聲墻，隔聲效果與墻的單位面積重量、噪聲頻率有關(guān)，單

73、位面積重量越大，噪聲頻率越高，隔聲的效果越理想，但是通常對其厚度要求較高。所以后來出現(xiàn)了帶空氣的雙層 隔聲裝置，當(dāng)噪聲的頻率高于空氣層結(jié)構(gòu)的固有頻率時，比單層的要好。</p><p>　　另外還有一種消聲方式就是通過消聲器來降低噪聲，這種方式主要用在對環(huán)境噪聲的控制，在我們的研究系統(tǒng)中不會涉及，這里不做過多的介紹。</p><p>　　1.2.3. 高速電主軸噪聲的研究現(xiàn)狀</p&g

74、t;<p>　　高速加工技術(shù)作為一個新興領(lǐng)域，而高速電主軸又是其核心部分，其噪聲更是決定了電主軸的性能，反映了電主軸設(shè)計和制造水平的重要指標(biāo)，因此，國內(nèi)外對電主軸噪聲的研究相當(dāng)積極。目前噪聲測試方法主要有聲壓法、聲強(qiáng)法、聲發(fā)射法（AE）和聲振動測量法，趨向于各種方法的綜合應(yīng)用。更多地借助于聲強(qiáng)法和模態(tài)測量法、能量流或功率流測量法來研究機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的噪聲形成固體傳播和輻射規(guī)律。</p><p>　　M

75、ba D 等的研究結(jié)果表明,聲發(fā)射方法比振動分析能更好地檢測到元件早期失效,通過分析徑向載荷、回轉(zhuǎn)速度與高水平背景噪聲對AE檢測的可靠性影響,提出了滾動軸承聲發(fā)射的門檻值,提出用能量均方根值與AE 技術(shù)來檢測軸承、機(jī)器的缺陷。</p><p>　　Miettinen J 等研究了脂潤滑軸承的聲發(fā)射監(jiān)測方法,分析了脂中污染物對軸承聲發(fā)射的影響,結(jié)果表明小污染顆粒比大污染顆粒的聲發(fā)射脈沖數(shù)水平高,AE 時域分析方法是

76、分析污染物顆粒硬度的合理方法;AE 水平不是隨污染物增多而線性增加,有時可觀測到減少的現(xiàn)象。</p><p>　　美國的Rorrer R A L 等分析了粘滑參數(shù)對摩擦振動的影響,結(jié)果表明靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)的差是決定噪聲的最重要參數(shù),速度的均方根值與靜、動摩擦系數(shù)差之間有很好的相關(guān)性。</p><p>　　Perls 提出高速電主軸中可能存在的電纜噪聲：當(dāng)電纜收縮、彎曲、被敲擊、擠壓或

77、扭曲時都產(chǎn)生電荷，因為此時在電介質(zhì)與外部保護(hù)殼或電介質(zhì)與中間的導(dǎo)體之間都會產(chǎn)生摩擦。</p><p>　　Sanjay Kumar Jha 提出從噪聲輻射點(diǎn)和噪聲源入手，使用聲學(xué)照相機(jī)監(jiān)測到高頻噪聲輻射點(diǎn)，再通過振動的測量監(jiān)測到低頻的噪聲源，對高速電主軸噪聲研究奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)朝著大容量、高速度和小型廉價化方向迅速發(fā)展，各種分析軟件和數(shù)值解析方法得到大

78、量運(yùn)用，有限元法（FEM）是工程分析中最通用而強(qiáng)大的分析方法。近年來有學(xué)者用邊界元法（BEM）和雷利（Rayleigh）積分法研究結(jié)構(gòu)輻射噪聲，比其他方法更加準(zhǔn)確和簡單省時。噪聲控制由傳統(tǒng)的消聲、隔聲、吸聲和隔振等手段向結(jié)構(gòu)動態(tài)特性改進(jìn)聲源直接控制和傳統(tǒng)手段相結(jié)合的方向發(fā)展。人們逐步開始以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看待噪聲問題，從電主軸的圖紙設(shè)計階段就對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行噪聲預(yù)測，做出噪聲評價，對電主軸零部件實(shí)施噪聲優(yōu)化設(shè)計。</p><

79、p>　　1.3 本課題研究內(nèi)容</p><p>　　本課題主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　　系統(tǒng)研究振動和噪聲理論，特別是有關(guān)電主軸振動產(chǎn)生機(jī)理、影響因素和傳播途徑等知識。</p><p>　　研究各種現(xiàn)代信號處理技術(shù)如 LabVIEW 仿真分析、頻譜分析、功率譜分析等在噪聲分析中的應(yīng)用。探討點(diǎn)主軸噪聲的噪聲源識別方法和原理。</p>&l

80、t;p>　　仿真電主軸噪聲的波形圖和頻譜圖，根據(jù)頻譜圖進(jìn)行聲源識別、找出主噪聲源，并初步分析其噪聲產(chǎn)生的原因及影響因素，并盡可能地提出合理化的降噪措施。</p><p>　　電主軸振動與噪聲的產(chǎn)生和特征</p><p>　　2.1 高速電主軸的振動分析</p><p>　　2.1.1. 高速電主軸的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　高速電主

81、軸基本結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 電主軸結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電主軸由主軸及主軸箱本體、內(nèi)置式的交流伺服電機(jī)、軸承等組成。電機(jī) 的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體。主軸則由前后軸承支撐。轉(zhuǎn)子和定子通 過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制。而主 軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置控制。在株洲的后面裝有測速角編碼器、送到油缸、旋轉(zhuǎn)接頭；前

82、端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具、刀具夾爪；中間有刀具拉桿、刀具夾緊彈簧。</p><p><b>　　軸承</b></p><p>　　高速電主軸的核心支撐部件是高速精密軸承。因為電主軸的最高轉(zhuǎn)速和軸承的大小、布置和潤滑方式有很大的關(guān)系，所以這種軸承必須具有高速性能好、發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn)。近年來，相繼開發(fā)了陶瓷軸承、磁浮軸承、動靜壓軸承。</p><p&

83、gt;　　軸承的裝配將直接影響主軸的精度和壽命，因此軸承座尺寸精度、位置精度軸承內(nèi)外圈襯套尺寸精度、軸承裝配預(yù)加載負(fù)荷要求都非常高，加工中心電主軸內(nèi)錐孔面跳動要求為：2，要求到電主軸如此高的精度，前后支承都采用成組角接觸球軸承，承受軸向和徑向負(fù)荷，前面一對，后面一對。軸承一般是廠家配好的或者是自由組合軸承，在維修裝配時，要檢查軸承內(nèi)外圈襯套尺寸，經(jīng)過測量，軸承內(nèi)圈的寬度加上內(nèi)圈襯套長度要大于軸承外圈的寬度加上外圈襯套長度。軸承內(nèi)圈預(yù)加載

84、負(fù)荷，也就是鎖緊螺母的扭矩為120Nm。</p><p><b>　　2. 主軸</b></p><p>　　主軸是高速電主軸的主要回轉(zhuǎn)主體，其制造精度直接影響電主軸的最終精度。成品主軸的行位公差和尺寸精度要求都很高。當(dāng)主軸軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，由偏心質(zhì)量引起的振動，嚴(yán)重影響其動態(tài)性能，因此，必須對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嚴(yán)格的動平衡，部分安裝在主軸上的零件也應(yīng)隨轉(zhuǎn)軸一起進(jìn)行動平衡。<

85、;/p><p><b>　　3. 主軸箱本體</b></p><p>　　主軸箱本體又被稱為軸殼，軸殼是高速電主軸的主要部件，軸殼的尺寸精度和位置精度直接影響主軸的綜合精度。通常將軸承座直接設(shè)計在軸殼上。電主軸為加裝電動機(jī)定子，必須開放一端。大型或特種電主軸，為方便制造、節(jié)省材料，可將軸殼兩端均設(shè)計成開放型、高速、大功率和超高速電主軸，應(yīng)該嚴(yán)格控制整機(jī)裝配精度。<

86、/p><p><b>　　4. 定子與轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　高速電主軸的定子是由具有高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)砂鋼片迭壓而成。迭壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。轉(zhuǎn)子是中頻電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它的功能是將定子的電磁場能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成。</p><p>　　由于高速主軸的極限轉(zhuǎn)速高，為了保證電主軸運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止振

87、動發(fā)生，電動機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸的聯(lián)接也采用同主軸軸承緊固相似的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸過盈配合量的大小是影響主軸性能的重要因素。由于主軸的轉(zhuǎn)速高，在高速下，會產(chǎn)生很大的離心力，轉(zhuǎn)子與主軸在徑向上將產(chǎn)生不同程度的膨脹，這將會影響到主軸與轉(zhuǎn)子的配合。過盈量太大，將會使得裝配難度加大，影響裝配精度，甚至破壞配合表面。因此，必須對電動機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸間的過盈量進(jìn)行認(rèn)真研究，以適應(yīng)高速電主軸設(shè)計工作的需要。</p><p>　　2.

88、1.2. 高速電主軸的工作原理</p><p>　　電主軸作為加工中心的核心部件；它將機(jī)床主軸與交流伺服電機(jī)軸合二為一，即將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，并經(jīng)過精確的動平衡校正，具有良好的回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，形成一個完美的高速電主軸單元，也被稱為內(nèi)裝式電主軸，其間不再使用皮帶齒輪傳動副，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電主軸系統(tǒng)的“零傳動”，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　高速電主

89、軸的工作原理是：高速電主軸的電動機(jī)部分由產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子繞組和把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)子組成。高速電主軸的定子和轉(zhuǎn)子之間的空隙是形成功率輸出有效部分的主要部位。電主軸持續(xù)工作功率主要取決于軸承高速化參數(shù)Dn值，D為軸承中徑，n為主軸轉(zhuǎn)速。</p><p>　　電主軸的線圈相位互差120，安放在定子鐵心的槽內(nèi)，通以三相交流電，三相線圈各自形成一個正弦交變磁場，這三個對稱的交變磁場互相疊加，合成一個強(qiáng)度不變，磁極朝一

90、定方向恒速旋轉(zhuǎn)的磁場，磁場轉(zhuǎn)速就是電主軸的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n由輸入電動機(jī)定子線圈電流的頻率f和電動機(jī)定子的極對數(shù)p決定（n=60）。電主軸就是利用變換輸入電動機(jī)定子繞組的電流的頻率和勵磁電壓來獲得各種轉(zhuǎn)速。在加速和制動過程中，通過提供相當(dāng)于最大轉(zhuǎn)矩的頻率進(jìn)行加減速，以免電動機(jī)溫升過高。由于電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于輸入定子三相交流電的相序，故改變電主軸輸入電流的相序，便可改變電主軸的旋轉(zhuǎn)方向。</p><

91、;p>　　電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中，將會產(chǎn)生如振動、軸承發(fā)熱、精度低和壽命低等問題。所以通常從轉(zhuǎn)速提出相應(yīng)的功率參數(shù)、體積參數(shù)和剛度參數(shù)，作為定性評價高速電主軸的可比度：</p><p>　　=KAB （2-1）</p><p>　　式中 P————功率參數(shù)， P= Pn ；</p><p>　　V————體積參

92、數(shù)， V= DLn ;</p><p><b>　　K————常數(shù)，</b></p><p>　　A————單位線負(fù)荷；</p><p>　　B————空氣隙磁密度。</p><p>　　上式表明， P和 V值一經(jīng)確定，電主軸的電磁負(fù)荷AB也就可以大致確定。增大P值必將導(dǎo)致V 或AB增大。提高V值要受到臨界轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子

93、表面線速度的限制；AB的提高易導(dǎo)致電主軸的功率下降和溫度升高； P值增大，使軸承的動載荷增大，振動加大，降低軸承的壽命。理論分析及實(shí)驗表明：軸承是制約電主軸的功率輸出和精度的主要部件。所以，高速主軸軸承是電主軸的核心部件，使用Dn值高的主軸軸承可以有效地提高電主軸的性能。</p><p>　　2.1.3. 高速電主軸振動產(chǎn)生的機(jī)理</p><p>　　振動是聲音的源泉，也就是說，聲音是由

94、物體的振動而產(chǎn)生的。機(jī)械振動是指物理或結(jié)構(gòu)在平衡位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動。其最大的特點(diǎn)是具有周期性?，F(xiàn)實(shí)生活中振動是普遍存在的，在動力機(jī)械中也存在著大量的振動問題，如電主軸由于轉(zhuǎn)子不平衡、軸承摩擦力引起的主軸在高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的振動，發(fā)動機(jī)在工作時由于汽缸內(nèi)壓力和運(yùn)動部件的慣性而引起的軸系振動、汽缸套油底殼等薄壁部件在工作中的振動等等。</p><p>　　高速電主軸振動按來源可分為電磁振動和機(jī)械振動兩類。 <

95、/p><p><b>　?。?） 電磁振動</b></p><p>　　電主軸是電機(jī)和主軸合為一體的傳動形式，電機(jī)轉(zhuǎn)動是通過定子和轉(zhuǎn)子之間的磁場相互作用產(chǎn)生電磁力克服機(jī)械反作用力來實(shí)現(xiàn)的，由于隙磁密波作用在定子上的磁力會使定子局部受力變形產(chǎn)生振動，即為電磁振動。導(dǎo)致電磁振動的主要原因有兩類，一類是電機(jī)轉(zhuǎn)子形狀偏心，又稱動偏心，動偏心所產(chǎn)生的振動頻率與主軸轉(zhuǎn)動頻率f相同，（

96、f=n/60Hz,n為主軸轉(zhuǎn)速）；另一類是定子與轉(zhuǎn)子不同軸，又稱為靜偏心[10]。由于定子、轉(zhuǎn)子之間空氣隙長度的不等，定子、轉(zhuǎn)子之間在電磁場的作用下會產(chǎn)生單邊電磁拉力。研究表明，此電磁拉力是電主軸產(chǎn)生電磁振蕩的主要成因之一。因此，提高電主軸的電動機(jī)制造精度對削弱電磁振蕩是十分必要的。驅(qū)動控制器的供電品質(zhì)以及驅(qū)動控制器與電主軸的匹配是否合理，是產(chǎn)生電磁振蕩的另一個重要原因。</p><p><b>　?。?/p>

97、2） 機(jī)械振動</b></p><p>　　高速電主軸機(jī)械振動產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，主要有主軸偏角不對中、軸承動不平衡、軸承磨損以及加工過程中的自激振動等。主軸偏角不對中產(chǎn)生的原因：與軸承內(nèi)孔配合的軸頸和軸肩加工不良或由于軸彎曲等原因，使軸承內(nèi)圈裝配后，其中心線與軸中心線不重合，軸承每轉(zhuǎn)一周，軸承受一次交變的軸向力作用，使軸承產(chǎn)生振動。而軸承動不平衡則是因為生產(chǎn)時沒有經(jīng)過嚴(yán)格的動平衡檢測，或加工精度、動

98、平衡精度不夠。</p><p>　　為避免經(jīng)動平衡的高速軸系產(chǎn)生因附加質(zhì)量偏心而導(dǎo)致的較大機(jī)械振動，軸系旋轉(zhuǎn)體上應(yīng)盡量減少動平衡精度容易產(chǎn)生變化的附加質(zhì)量。部分附加質(zhì)量必須安裝在旋轉(zhuǎn)體上，在裝配后，主軸應(yīng)以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，同時進(jìn)行整機(jī)動平衡，使之由附加質(zhì)量造成的振動控制在最小范圍之內(nèi)。</p><p>　　2.2 電主軸噪聲產(chǎn)生機(jī)理和特征</p><p>　　電主軸所

99、產(chǎn)生的噪聲，按其基本聲源可分為電磁噪聲、機(jī)械噪聲兩類。下面就這兩類噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和特征作出說明。</p><p>　　2.2.1 電磁噪聲產(chǎn)生機(jī)理和特征 </p><p><b>　　1. 產(chǎn)生機(jī)理</b></p><p>　　前面介紹到高速電主軸電磁振動的產(chǎn)生機(jī)理，由于隙磁密波作用在定子上的磁力會使定子局部受力變形產(chǎn)生振動，即是電磁振動。

100、電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的電磁激振力作用于電機(jī)結(jié)構(gòu)上，由于電機(jī)構(gòu)件的傳遞特性使電機(jī)表面產(chǎn)生振動速度，再由電機(jī)表面的振聲特性使電機(jī)產(chǎn)生一定的電磁噪聲。電磁噪聲具有一定的頻譜特性和聲功率級。</p><p><b>　　2. 特征</b></p><p>　　電主軸在運(yùn)行時，發(fā)出較細(xì)的“嗡嗡”聲，沒有忽高忽低的變化，是正常的聲音。如果聲音像用舊日光燈鎮(zhèn)流器那樣，發(fā)出粗大的“嗡嗡”聲，

101、就是故障的前兆，可考慮以下幾個原因。</p><p><b>　?。?）氣隙不均勻</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙不均勻所產(chǎn)生的噪聲，其大小變化為周期性的。應(yīng)當(dāng)檢查軸承是否磨損，軸承護(hù)網(wǎng)是否偏移。如果磨損和偏移，就會使轉(zhuǎn)子外圓與定子內(nèi)圓不同心，使氣隙改變、噪聲增大。</p><p><b>　?。?） 鐵芯松動&l

102、t;/b></p><p>　　電機(jī)在運(yùn)行中的振動，溫度忽高忽低的變化，都會使鐵芯固定螺栓產(chǎn)生變形，造成鐵芯硅鋼片松動，在磁通與渦流的作用下，產(chǎn)生較大的電磁噪聲。</p><p><b>　?。?） 電流不平衡</b></p><p>　　三相異步電動機(jī)電流不平衡，與氣隙不均勻情況相同，發(fā)出周期性的電磁噪聲。電流不平衡的原因，有電壓不平衡

103、，繞組接地、短路、斷路，轉(zhuǎn)子回路阻抗不平衡，接觸不良等。要針對情況作具體檢查。</p><p>　　2.2.2 機(jī)械噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和特征</p><p><b>　　1. 產(chǎn)生機(jī)理</b></p><p>　　機(jī)械噪聲產(chǎn)生的原因很多，最主要的原因是轉(zhuǎn)子不平衡和軸承兩方面的問題。電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)下轉(zhuǎn)子不平衡和各部件存在間隙而發(fā)生撞擊及部件受內(nèi)部

104、力作用產(chǎn)生彈性變形導(dǎo)致電主軸表面振動而發(fā)出的噪聲。</p><p><b>　　特征</b></p><p>　　電機(jī)在運(yùn)行中，必須注意軸承聲音的變化。監(jiān)聽聲音的方法是：將起子或金屬棒的一端觸及電機(jī)軸承安裝部位，另一端貼近耳朵，便可聽到軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音。</p><p><b>　　正常聲音</b></p>&

105、lt;p>　　連續(xù)均勻的細(xì)小“沙沙”聲，沒有忽高忽低的變化，沒有金屬摩擦聲，便是軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音。</p><p><b>　　不正常聲音</b></p><p>　　“咝咝”、“嘎吱”等聲音都是不正常的，“咝咝”聲是金屬摩擦聲，一般是軸承缺油與摩擦所致，應(yīng)拆開軸承添加潤滑油?！案轮ā甭暿禽S承內(nèi)滾珠的不規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的聲音，它與軸承的間隙、潤滑脂的狀態(tài)有關(guān)。長期閑

106、置不用的電主軸重新啟動時會有這種聲音。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)子噪聲</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子正常旋轉(zhuǎn)發(fā)出的聲音是一種“嗚嗚”的聲音，偶爾會有敲鼓一樣的“咚咚”聲，這是由于電主軸的驟然啟動、停止、反接制動等變速情況下，加速度力矩使轉(zhuǎn)子鐵芯與軸的配合松動造成的，輕者無多大妨礙，可繼續(xù)工作；重者應(yīng)拆開檢查和修理。</p><p&g

107、t;　　電主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于摩擦、振動、絕緣老化等因素，難免會發(fā)生故障，出現(xiàn)異常的噪聲。如果熟練依據(jù)噪聲來辨別和排除機(jī)械設(shè)備的各種故障，不僅能保證生產(chǎn)任務(wù)的完成，還可防止事故的發(fā)生。</p><p>　　2.3 噪聲分析與控制中的聲學(xué)基礎(chǔ)</p><p>　　2.3.1. 聲波的產(chǎn)生與聲壓</p><p>　　振動產(chǎn)生聲音，發(fā)出聲音大的振動系統(tǒng)成為聲源。在彈性媒質(zhì)中

108、，依靠彈性力來傳播振動的波包括縱波和橫波。在空氣和液體媒質(zhì)中，因沒有切變彈性，所以其內(nèi)部技能傳播縱波；而對于固體來講，因其兼有容變彈性和切變彈性，固固體中技能傳播縱波，也能傳播橫波。</p><p>　　聲波的頻率與物體的振動頻率密切相關(guān)，一般來講，物體振動頻率越高，由此產(chǎn)生的聲波頻率越高。在實(shí)際聲場中，聲波的頻率分布是非常廣泛的，其中既有聽得見的噪聲，也有聽不見的次聲波和超聲波，在噪聲分析與控制中，最終控制的噪

109、聲一般是頻率在聽覺范圍內(nèi)的。</p><p>　　媒質(zhì)在無聲擾動的聲學(xué)狀態(tài)，可用壓強(qiáng)、密度及溫度等狀態(tài)參數(shù)來描述。這時，給一聲擾動，在組成媒質(zhì)的分子的雜亂運(yùn)動中就附加了一個有規(guī)律的運(yùn)動，使得媒質(zhì)不再均勻。無聲擾動時，媒質(zhì)體內(nèi)的壓強(qiáng)稱為靜壓強(qiáng)；假設(shè)受到聲擾動后，媒質(zhì)的壓強(qiáng)為，則有聲擾動時，媒質(zhì)中的壓強(qiáng)與靜壓強(qiáng)的差值稱為聲壓，即</p><p><b>　?。?-2）</b&g

110、t;</p><p>　　因為聲傳播過程中，在同一時刻，媒質(zhì)內(nèi)不同微元體積內(nèi)的壓力都不同；對于同一微元體，起微元體內(nèi)的壓力又隨時間而變化，所以聲壓（Sound Pressure）是空間和時間的函數(shù)，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　同樣，由聲擾動引起的密度增量為，也是空間和時間的函數(shù)，即</p>

111、<p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動速度作為衡量聲波的物理量無疑是可行的，但是它的測量是很難實(shí)現(xiàn)的。而聲壓的測量可以直接方便的由聲強(qiáng)計等儀器得出，并且質(zhì)點(diǎn)的速度也可以由聲壓間接的求出，所以人們普遍采用聲壓這個物理量來描述聲波的性質(zhì)。</p><p>　　聲場中某空間點(diǎn)的聲壓隨時間 的變化成為瞬時聲壓。但是當(dāng)聲音傳入

112、耳朵后，由于鼓膜的慣性作用，人耳實(shí)際上并不能辨別出聲壓的起伏，即人耳聽不出瞬時聲壓，而是一段時間內(nèi)瞬時聲壓的均方根值，人們稱之為有效聲壓，有效聲壓的定義為：</p><p><b>　?。?-5） </b></p><p>　　式中， 為周期的整數(shù)倍，對于正、余弦聲波，有效聲壓，其中為聲壓幅值。</p><p>　　正常人耳剛剛能聽到的聲

113、壓叫聽閥聲壓，其值為Pa；剛剛使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓叫痛閥聲壓，其值為20Pa。</p><p>　　2.3.2. 聲學(xué)波動方程</p><p>　　聲壓隨空間、時間的變化的函數(shù)關(guān)系便是聲學(xué)波動方程。聲波作為一種宏觀物理現(xiàn)象，必然遵守牛頓三定律。聲波方程就是基于此導(dǎo)出的。</p><p>　　在推導(dǎo)聲波方程時為了使問題簡化，做了一系列的假定，這些假定并不影響整個推

114、導(dǎo)過程，這里不再贅述。</p><p><b>　　聲波運(yùn)動方程 </b></p><p>　　假設(shè)一平面波沿 方向傳播，媒質(zhì)中一微元體（圓柱體）（為垂直于 軸的橫截面積），如圖2.1所示。由于聲壓 隨位置 而異，因此作用于左右端面的力是不平衡的，又牛頓第二定律有：</p><p><b>　?。?-6）</b>

115、</p><p>　　由于， ，將其代入（2-5）式，得</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中，。媒質(zhì)的加速度分為兩部分：一部分是時間 內(nèi)空間某定點(diǎn)上的速度變化率，即定點(diǎn)加速度；另一部分是同一瞬時在聲場內(nèi)相距 的兩點(diǎn)上的速度變化率 ， 即定時加速度。式（2-6）又表示如下</p><

116、p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　此即為聲波運(yùn)動方程。</p><p>　　圖2.1 聲場中的微元體 </p><p>　　2. 聲波連續(xù)性方程</p><p>　　仍取聲場中一微元體（圓柱體） 如圖 2.2 所示。單位時間內(nèi)從左端面流入該圓柱體的媒質(zhì)質(zhì)量為；與此同時，從右端面流出的媒質(zhì)

117、質(zhì)量為 ， 取其一階泰勒展開為 ，故由質(zhì)量守恒可得</p><p>　　圖2.2 柱形微元體</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　與運(yùn)動方程相同，，代入（2-9）式，略去二階量，可得</p><p><b>　?。?-10）</b></p><

118、p>　　此即為聲波的連續(xù)性方程。</p><p><b>　　聲波物態(tài)方程</b></p><p>　　聲波過程是一個絕熱過程。對于一般的流體物質(zhì)，普遍的物態(tài)方程為壓強(qiáng)和密度的關(guān)系，可寫為</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中， 為溫度?？紤]絕熱條件，&l

119、t;/p><p><b>　　(2-12)</b></p><p><b>　　微分得</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中， 代表絕熱過程， 用 表示，則（2-13）表示為</p><p><b>

120、　?。?-14）</b></p><p>　　次即為理想流體媒質(zhì)中的聲擾動物態(tài)方程。</p><p>　　但是，對于小振幅聲波，式（2-14）中的壓強(qiáng)的微分 可以近似為聲壓 ，密度的微分 可以近似為 ，因此，媒質(zhì)的物態(tài)方程可簡化為</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><

121、;b>　　聲波方程</b></p><p>　　利用上面所推導(dǎo)的三個方程可以消去、其中的任意兩個，從而得到聲波方程。例如將（2-15）式對 求導(dǎo)后代入（2-10）式得</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　將（2-16）對 求導(dǎo)，得</p><p><b>

122、　?。?-17）</b></p><p>　　再將（2-8）式代入（2-17）式，即得</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　此即為一維聲學(xué)波動方程。</p><p>　　2.3.3. 聲波的能量、聲強(qiáng)和聲功率</p><p><b>　　1.

123、 聲波的能量</b></p><p>　　同樣，聲場中的一微元體，原來體積為 ，壓力為 ,密度 ，由于受聲擾動，其得到的動能為</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　由于聲擾動，該微元體壓力從升高為，體積由變?yōu)椋瑥亩渚哂幸欢ǖ奈荒?，?lt;/p><p><b>　　

124、（2-20）</b></p><p>　　由物態(tài)方程（2-15）式兩邊微分，得</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　又密度和體積有如下關(guān)系</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　將（2-24）式代入

125、（2-23），再對積分，有</p><p>　?。?-23） </p><p>　　微元體的聲能量為動能與位能之和，即</p><p>　?。?-24） </p><p>　　單位體積的聲能量成為聲能密度（Sound Energy Density），即</p><p>　?。?-25） <

126、/p><p>　　2. 聲強(qiáng)和聲功率 </p><p>　　聲波的傳播過程實(shí)際上是聲能量的傳播過程。聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總聲能量稱為聲功率（Sound Power），單位時間內(nèi)榮國垂直于聲傳播方向上面積為S的平均聲能量，稱為平均聲能量流或平均聲功率（Average Sound Power）。因為聲能量是以聲速傳播，所以，平均聲功率等于聲窗中面積， 高度為圓柱體內(nèi)所包括的平均聲功率，即&

127、lt;/p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　式中，為平均聲功率，單位為瓦。</p><p>　　而聲強(qiáng)（Sound Intensity）是指在垂直于傳播方向的單位面積上通過的平均聲能量流，即</p><p><b>　　(2-27)</b></p><p

128、>　　式中，為聲強(qiáng)，也稱為平均聲能量流密度。</p><p>　　聲強(qiáng)是有方向和正負(fù)的。</p><p><b>　　(2-28)</b></p><p>　　式中，表示正向聲強(qiáng)，表示負(fù)向聲強(qiáng)，如果前進(jìn)波與反射波相等，那么，這就是主動消聲的機(jī)理。</p><p>　　如果聲源輻射的面積為，通過此面積的聲強(qiáng)為，則聲功

129、率為</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p><b>　　2.3.4. 聲級</b></p><p>　　由于人耳能聽到的聲強(qiáng)的范圍非常大，用聲壓或聲強(qiáng)的絕對值來衡量聲音的強(qiáng)弱很不方便。所以，人們普遍采用對數(shù)標(biāo)度來度量聲壓、聲強(qiáng)和聲功率，分別稱為聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級。</p>&

130、lt;p>　　聲壓級（Sound Pressure Level）定義為有效聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的常用對數(shù)的20倍，即</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　式中，為聲壓級（dB）； 為有效聲壓（Pa）；為參考聲 壓（Pa）。</p><p>　　聲強(qiáng)級（Sound Intensity Level）定義

131、為聲強(qiáng)和基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比的常用對數(shù)的10倍，即</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　式中，基準(zhǔn)聲強(qiáng)，其中為單位瓦。</p><p>　　聲功率級（Sound Power Level）定義為聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的常用對數(shù)的10倍，即</p><p><b>　?。?-32）<

132、/b></p><p>　　式中，基準(zhǔn)聲功率，其中為單位瓦。</p><p>　　聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級三者之間是有相關(guān)聯(lián)的，基本關(guān)系如下：</p><p><b>　?。?-33）</b></p><p><b>　?。?-34）</b></p><p><b

133、>　?。?-35）</b></p><p>　　另外，需要注意的一點(diǎn)是，聲級的計算同普通運(yùn)算不同，它是對數(shù)運(yùn)算。</p><p>　　為了便于在聲級計上直接讀出噪聲評價的主觀量，可使測量儀器接收的聲音按不同的程度濾波，其方法是在聲級計的放大電路中插入A、B、C三個計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40phon（phon 為響度級單位，一個聲音的響度級定義為與1000HZ純音等響

134、的聲壓級）純音的響應(yīng)，與40phon 的等響曲線倒立后的形狀相接近，它使接收、通過的低頻段的聲音（500HZ以下）有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70phon 純音的響應(yīng)，與70phon 的等響應(yīng)曲線倒立后的形狀相接近，它使接收、通過的低頻段的聲音有一定衰減。C 網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對 100phon 純音的響應(yīng)，與 100phon 的燈響應(yīng)曲線倒立后的形狀相接近，在整個可聽頻率范圍內(nèi)有近乎平直的特性，他讓所有頻率的聲音近乎一樣程度的通過。&

135、lt;/p><p>　　由于 A 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)得到的結(jié)果與人耳對聲音的響度的感覺最接近，因此，人們通常把 A 計權(quán)作為評價噪聲的主要指標(biāo)。</p><p>　　第三章 噪聲測試技術(shù)</p><p>　　對電主軸進(jìn)行噪聲測試的目的是取得有效、精確的噪聲數(shù)據(jù)，一是對電主軸的聲學(xué)指標(biāo)作出的鑒定性測量；二是通過測試識別出主要噪聲源，分析噪聲產(chǎn)生的原因和影響因素，為噪聲控制指明方向

136、的診斷性測量。評價噪聲的物理量主要是頻率、聲壓和聲強(qiáng)。主要的測量項目是噪聲級和噪聲頻率。用到的測量儀器有聲壓測量系統(tǒng)、聲強(qiáng)測量系統(tǒng)和測量振動的儀器，具體有傳聲器、聲級計、濾波器、頻率分析儀和記錄儀器。</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　傳統(tǒng)意義上的噪聲測量指的是聲壓測量。近年來聲強(qiáng)技術(shù)的快速發(fā)展使得聲強(qiáng)測量成為聲學(xué)研究噪聲控制的重

137、要測試手段。</p><p><b>　　1.聲壓法</b></p><p>　　聲壓是最基本的聲學(xué)量，也是評價電主軸噪聲的最基本的量。它是標(biāo)量，不需要考試方向，并且當(dāng)前聲壓測量儀器的發(fā)展也比較成熟。從聲壓角度研究噪聲的最大缺點(diǎn)是聲壓在測量中容易受背景噪聲和聲反射的影響，因此對測量環(huán)境要求較高，只有在消聲室或半消聲室中進(jìn)行測量才能得到比較滿意的結(jié)果。</p>

138、;<p><b>　　聲強(qiáng)法</b></p><p>　　聲強(qiáng)由于是矢量，因此部件的某一方向上的聲強(qiáng)不易受其它聲源的影響,如圖 4.1 所示，若測量包絡(luò)面內(nèi)聲源聲功率，根據(jù)能量守恒原理，若包絡(luò)面封閉且內(nèi)部無吸聲體，則外界干擾噪聲進(jìn)入和離開測量面的聲能應(yīng)該是相等，理論上聲強(qiáng)測量不會因干擾噪聲的存在而產(chǎn)生誤差，因而對測量環(huán)境要求不高，測量結(jié)果也準(zhǔn)確，且測試時間短，試驗分析費(fèi)用低。它

139、的缺點(diǎn)是測量聲強(qiáng)的儀器設(shè)備比較昂貴，對操作人員的要求也高，這在一定程度上限制了該方法的應(yīng)用。</p><p>　　3.2 噪聲測量系統(tǒng)</p><p>　　無論是測聲壓還是聲強(qiáng)，測量系統(tǒng)的基本組成都可分為三部分：傳感器、分析部分和讀書顯示部分。如圖 4.2 所示</p><p>　　圖 4.2 噪聲測量系統(tǒng)示意圖</p><p>　　傳感器

140、通常就是傳聲器，它是一種聲電變換器，用來把被測的聲信號變換為電信號，理想的傳聲器所產(chǎn)生的電信號應(yīng)能真是地再現(xiàn)聲波，且不因其存在而擾亂聲場。常用的傳聲器有電動式傳聲器、壓電傳聲器和電容傳聲器。目前用得最多的是電容傳聲器，它具有頻率范圍寬、頻率響應(yīng)平直、靈敏度變化?。▊髀暺黛`敏度是指傳聲器輸出端的開路電壓與聲壓之比輸出電壓與聲壓之比，單位）、穩(wěn)定性好、精密度高等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是內(nèi)阻高，需要用阻抗變換器與后面的衰減器和放大器相匹配并且要加極化電壓

141、才能正常工作。</p><p>　　分析部分是用各種不同的電路來對信號進(jìn)行放大、衰減、計權(quán)、積分等等。這一部分在整個測量系統(tǒng)中也是復(fù)雜的。最簡單的情況是按照某個頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對輸入信號的頻率成分進(jìn)行計權(quán)，或者以倍頻程、1/3倍頻程或窄頻進(jìn)行濾波。若主要研究噪聲的時域特性時，可將A計權(quán)聲級進(jìn)行積分或連續(xù)進(jìn)行統(tǒng)計分析得到有效值等。</p><p>　　輸出部分包括檢波器和顯示器。顯示器以往多用電

142、表，或者將輸出信號送到級紀(jì)錄儀或錄音機(jī)作永久紀(jì)錄保存。近年來電表已逐漸被數(shù)字顯示器代替。</p><p><b>　　3.3 聲壓測量</b></p><p>　　傳統(tǒng)的聲學(xué)測量是測量聲壓，它的原理簡單，方法簡便，測量儀器也比較成熟。測得聲壓或聲壓級后，可以計算得到聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級、聲功率或聲功率級。</p><p>　　3.3.1 聲級計&l

143、t;/p><p>　　測量聲壓的儀器是聲級計，它是按照一定的頻率計權(quán)和時間計權(quán)測量聲音的聲壓級，聲級計是聲學(xué)測量最基本的儀器，種類很多：按用途可分為一般聲級計、脈沖聲級計、積分聲級計、噪聲暴露計（也成噪聲測量計）、統(tǒng)計聲級計（又稱噪聲省統(tǒng)計分析儀）和頻譜聲級計；按測量的準(zhǔn)確度可分為0型聲級計（固有誤差dB）、1型聲級計（固有誤差dB）、2型聲級計（固有誤差dB）、3型聲級計（固有誤差dB）。</p>&

144、lt;p>　　各類聲級計的基本原理都相同，因此基本結(jié)構(gòu)是一樣的。一般聲級計都是有傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)濾波器、檢波器、指示器和電源等組成。起工作原理是：被測量的聲信號被傳聲器接收，傳聲器將其變化為電信號；弱的電信號經(jīng)前置放大器送到輸入衰減器和輸入放大器，放大器將微笑的電信號放大，衰減器測對過大的輸入信號衰減以使在顯示器上獲得適當(dāng)大小的指示，同時也擴(kuò)大了測量量程；計權(quán)濾波器對通過的信號進(jìn)行頻率濾波，是聲級計的整機(jī)頻率響應(yīng)符合規(guī)

145、定的頻率計權(quán)特性的要求，以便能測量計權(quán)聲級；信號再經(jīng)輸出衰減器和輸出放大器被送到檢波器進(jìn)行檢波，檢波器將交流信號變成直流并有顯示器以“dB”指示出來，檢波器還使聲級計具有“快”、“慢”、“脈沖”、“保持”等時間計權(quán)特性；電源部分則是將交流電火電池電壓進(jìn)行交換，供給聲級計各部分工作所需的電壓。</p><p>　　3.3.2 聲壓測量中的主意事項</p><p>　　利用聲級計進(jìn)行聲壓測量