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機床噪聲源的研究

來源: 中國環保信息網切記！信息來至互聯網，僅供參考2010-04-03 訪問：次

摘要：在有多個噪聲源的情況下，通過推導聲壓級分貝值的運算公式，得出了判定主噪聲源的有效方法。

噪聲是機床產品的一個重要質量指標，它直接影響著操作工人的身心健康和機床產品在國際市場的競爭能力。機床噪聲是由多個發聲體發出的，在有多個噪聲源又無先進的分析儀器的情況下如何判定整機噪聲的合格性，這是設計和工藝人員所關心的。基于上述，推導出聲壓級分貝值的加減運算方法，并在生產實際應用中取得了顯著的效果。并得出結論，改進機床噪聲的關鍵是改進機床的最大噪聲源。

1 聲壓級隨聲壓的對數函數變化關系

聲強=功率/面積=能量(/面積×時間)=壓力×速度

即

I=PV

(1)

式中：P為聲壓的有效值：V為聲音質點速度的有效值。

由式(1)，聲強與聲壓的關系可化為

I=PP/P_V=P²/400

(2)

式中：P_V為空氣的聲特性阻抗，近似等于400J。

聲壓級SPL=10lgI/I₀=10lgI+120(dB)

(3)

式中：I₀為基準聲強，I₀=10^-12W/m²。

SPL=10lgP²/400+120=20lgP/( 2×10^-5)(dB)

(4)

式中：2×10^-5為基準聲壓，N/m²。

**表1 聲壓級隨聲壓的對數函數變化關系**
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

聲壓級可定義為：聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數乘以20。從式(2)、式(4)可知，不同值的聲強、聲壓對應不同值的聲壓級，以I₀、P₀值為基準逐一計算出不同的SPL，如表1所示。

分析表1可得到以下結論：

聲壓級隨聲壓的對數函數變化：
以10^-12聲強為基準，當聲強分別增大到原來的10倍時，聲壓級分別增加10dB，而聲壓是原來的3倍。

2 合成聲壓級與單個聲壓級之間的關系

在實際生產中，在有數個噪聲源的情況下要利用合成聲壓級來衡量整機的噪聲。

由式(4)可得出

SSPL_合=10lgP²_合/400+120

(5)

假設用SSPL_合ab來表示合成聲壓級，a、b 分別為兩個聲源，SPL_a、SPL_b分別為a、b 兩個聲源的各自聲壓級，P_a、P_b分別為兩個聲源的聲壓，由式(3)、式(4)可得出

I=10^(SPLa/10-12)

(6)

設SPL_b=SPL_a+t，t為正值，則由式(5)、式(6)可推導出

SSPL_ab=SPL_a+10lg(1+10^t/10)

(7)

**表2 合成聲壓級與單個聲壓級之間的關系**
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

當t=0時，SSPL_ab=SPL_a+3 (dB)

當t=1時，SSPL_ab=SPL_a+3.5 (dB)

當t=2時，SSPL_ab=+4.1 (dB)

以此類推，根據不同的t值，計算出不同的SSPL_ab，如表2所示。

表2中，D=SSPL_ab-SPL_a。分析表2可得出

以下兩點結論：

兩個發聲體分貝值相等時，合成聲壓級分貝值比單一發聲體的聲壓級增加3倍：
兩個發聲體聲壓相差值逐漸變大時，合成聲壓級分貝值趨向于兩個發聲體中最高一個發聲體的分貝值，即SSPL_ab≈SPL_b，因此降低最大噪聲源的分貝值是降低機床噪聲的主要途徑。

在有多個發聲體的分貝值，用以上方法每兩個進行合成，計算出它們的合成聲壓級。

**表3 機床噪聲聲壓級實驗結果**
測點位置	噪聲(dB)
測點位置	反轉速 1000 轉/分	正轉速 800 轉/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 應用與實驗結果的比較

CW6163A 型普通車床，其外型尺寸為3540mm×1770mm×1571mm，凈重為4480kg，工作時的聲壓級分別為SPL_a=65dB，SPL_b=60dB，SPL_c=58dB，SPL_d=65dB，SPL_e=67dB，SPL_f=83dB，則按2中敘述的方法可求出SPL_ab=66.2dB，SPL_abc=66.6dB，SPL_abcdef=83.4dB，精密機床和普通機床噪聲不得超過85dB，高精密機床不得超過低75dB，因此可確定該機床噪聲在合格范圍內。

采用四種不同的轉速(主軸空轉)，在背景噪聲保持在5dB 的情況下，用精密聲級計A 對該整機進行兩級位置的測量，位置1、4、6、7、9、12 為一組測點，位置2、5、8、10、11、3 為一組測點。每組測點分別用正反兩種轉速進行測量。實驗(示意圖略)結果見表3。

從上表可以看出，四組測量結果最大值分別為83.2dB、80dB、83.2dB、83dB。則該整機噪聲取最大值為83.2dB，與上述計算結果相差-0.2dB。