机床噪声源的研究
  频道：机床  发布时间：2007-08-28
    噪声是机床产品的一个重要质量指标，它直接影响着操作工人的身心健康和机床产品在国际市场的竞争能力。机床噪声是由多个发声体发出的，在有多个噪声源又无先进的分析仪器的情况下如何判定整机噪声的合格性，这是设计和工艺人员所关心的。基于上述，推导出声压级分贝值的加减运算方法，并在生产实际应用中取得了显著的效果。并得出结论，改进机床噪声的关键是改进机床的最大噪声源。

1 声压级随声压的对数函数变化关系

声强=功率/面积=能量(/面积×时间)=压力×速度
即
I=PV (1)
式中：P为声压的有效值：V为声音质点速度的有效值。
由式(1)，声强与声压的关系可化为
I=PP/PV=P2/400 (2)
式中：PV为空气的声特性阻抗，近似等于400J。
声压级SPL=10lgI/I0=10lgI+120(dB)
 (3)
式中：I0为基准声强，I0=10-12W/m2。
SPL=10lgP2/400+120=20lgP/( 2×10-5)(dB) (4)
式中：2×10-5为基准声压，N/m2。
表1 声压级随声压的对数函数变化关系
I P SPL I P SPL
10-12 2×10-5 0 10-5 6.33×10-2 70
10-11 6.33×10-5 10 10-4 2×10-1 80
10-10 2×10-4 20 10-3 6.33×10-1 90
10-9 6.33×10-2 30 10-2 2 100
10-8 2×10-3 40 10-1 6.33 110
10-7 6.33×10-3 50 1 20 120
10-6 2×10-2 60  
声压级可定义为：声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20。从式(2)、式(4)可知，不同值的声强、声压对应不同值的声压级，以I0、P0值为基准逐一计算出不同的SPL，如表1所示。
分析表1可得到以下结论：
  1. 声压级随声压的对数函数变化：
  2. 以10-12声强为基准，当声强分别增大到原来的10倍时，声压级分别增加10dB，而声压是原来的3倍。

2 合成声压级与单个声压级之间的关系

在实际生产中，在有数个噪声源的情况下要利用合成声压级来衡量整机的噪声。
由式(4)可得出
SSPL合=10lgP2合/400+120
 (5)
假设用SSPL合ab来表示合成声压级，a、b 分别为两个声源，SPLa、SPLb分别为a、b 两个声源的各自声压级，Pa、Pb分别为两个声源的声压，由式(3)、式(4)可得出
I=10(SPLa/10-12) (6)
设SPLb=SPLa+t，t为正值，则由式(5)、式(6)可推导出
SSPLab=SPLa+10lg(1+10t/10) (7)

表2 合成声压级与单个声压级之间的关系
t D t D
0 3 11 11.3
1 3.5 12 12.3
2 4.1 13 13.2
3 4.8 14 14.2
4 5.5 15 15.1
5 6.2 16 16.1
6 7 17 17.1
7 7.8 18 18.1
8 8.6 19 19.1
9 9.5 20 20
10 10.4  
当t=0时，SSPLab=SPLa+3 (dB)
当t=1时，SSPLab=SPLa+3.5 (dB)
当t=2时，SSPLab=+4.1 (dB)
以此类推，根据不同的t值，计算出不同的SSPLab，如表2所示。
表2中，D=SSPLab-SPLa。分析表2可得出
以下两点结论：
  1. 两个发声体分贝值相等时，合成声压级分贝值比单一发声体的声压级增加3倍：
  2. 两个发声体声压相差值逐渐变大时，合成声压级分贝值趋向于两个发声体中最高一个发声体的分贝值，即SSPLab≈SPLb，因此降低最大噪声源的分贝值是降低机床噪声的主要途径。
在有多个发声体的分贝值，用以上方法每两个进行合成，计算出它们的合成声压级。
表3 机床噪声声压级实验结果
测点位置 噪声(dB)
反转速
1000 转/分		 正转速
800 转/分
1 83.2 80
4 70 70
6 60 60
7 58 58
9 70 70
12 67 67
2 83.2 83
4 63 65
8 54 60
10 57 58
11 67 65
3 65 67

3 应用与实验结果的比较

    CW6163A 型普通车床，其外型尺寸为3540mm×1770mm×1571mm，净重为4480kg，工作时的声压级分别为SPLa=65dB，SPLb=60dB，SPLc=58dB，SPLd=65dB，SPLe=67dB，SPLf=83dB，则按2中叙述的方法可求出SPLab=66.2dB，SPLabc=66.6dB，SPLabcdef=83.4dB，精密机床和普通机床噪声不得超过85dB，高精密机床不得超过低75dB，因此可确定该机床噪声在合格范围内。

    采用四种不同的转速(主轴空转)，在背景噪声保持在5dB 的情况下，用精密声级计A 对该整机进行两级位置的测量，位置1、4、6、7、9、12 为一组测点，位置2、5、8、10、11、3 为一组测点。每组测点分别用正反两种转速进行测量。实验(示意图略)结果见表3。

从上表可以看出，四组测量结果最大值分别为83.2dB、80dB、83.2dB、83dB。则该整机噪声取最大值为83.2dB，与上述计算结果相差-0.2dB。

4 结论

    根据机床噪声源的分贝值计算可以判定整机噪声是否在合格范围内。合成升压级的分贝值总是趋近与发生体中最高一个发生体的分贝值。因此降低机床最大主噪声源的分贝值是降低机床噪声的关键。


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