第九章 噪聲和振動

1、第九章噪聲和振動第九章噪聲和振動 電機(jī)的噪聲和振動基本知識電機(jī)的噪聲和振動基本知識 噪聲噪聲是一種不同頻率和不同強(qiáng)度無規(guī)律組合在一起的聲音。是一種不同頻率和不同強(qiáng)度無規(guī)律組合在一起的聲音。 缺點：影響人們的生活和工作，使物理裝置和設(shè)備疲勞或缺點：影響人們的生活和工作，使物理裝置和設(shè)備疲勞或 失效，或干擾其它聲音信號的感覺與鑒別。失效，或干擾其它聲音信號的感覺與鑒別。 工業(yè)噪聲與污水、廢氣成為污染環(huán)境的三個公害。必須采工業(yè)噪聲與污水、廢氣成為污染環(huán)境的三個公害。必須采 取一定的措施，把噪聲減小到允許的限度內(nèi)。取一定的措施，把噪聲減小到允許的限度內(nèi)。 電機(jī)是一種電機(jī)是一種噪聲源噪聲源，它的噪聲水平

2、是衡量質(zhì)量的一項重要，它的噪聲水平是衡量質(zhì)量的一項重要 指標(biāo)，成為影響其在市場上競爭的一個重要因素。指標(biāo)，成為影響其在市場上競爭的一個重要因素。 物體產(chǎn)生機(jī)械振動時，振動在彈性介質(zhì)物體產(chǎn)生機(jī)械振動時，振動在彈性介質(zhì)(包括氣體、液體包括氣體、液體 和固體以及等離子體中以波的方式進(jìn)行傳播，這個彈性波和固體以及等離子體中以波的方式進(jìn)行傳播，這個彈性波 就是就是聲波聲波。 聲波是聲波是疏密波疏密波（或縱波），它在空氣中傳播時，使空氣時（或縱波），它在空氣中傳播時，使空氣時 而變密，時而變稀，空氣變密時壓力而變密，時而變稀，空氣變密時壓力(即壓強(qiáng)即壓強(qiáng))增高，空氣增高，空氣 變稀時，壓力降低。因此，由于

3、聲波的存在使空氣壓力產(chǎn)變稀時，壓力降低。因此，由于聲波的存在使空氣壓力產(chǎn) 生迅速的起伏，這個氣壓的起伏部分稱為生迅速的起伏，這個氣壓的起伏部分稱為聲壓聲壓。聲壓越大，。聲壓越大， 聲音越強(qiáng)；聲壓越小，聲音越弱。因此可以用聲壓來衡量聲音越強(qiáng)；聲壓越小，聲音越弱。因此可以用聲壓來衡量 聲音的大小。聲壓以聲音的大小。聲壓以p（有效值）表示，單位為（有效值）表示，單位為Pa 正常人耳剛剛能聽到的聲音的聲壓正常人耳剛剛能聽到的聲音的聲壓(稱稱聞閾聲壓聞閾聲壓)是是 Pa 5 102 能使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓能使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲壓(稱稱痛閾聲壓痛閾聲壓)是是 Pa20 可見，從人耳的聞閾聲壓到痛閥聲

4、壓，其絕對值相差百萬可見，從人耳的聞閾聲壓到痛閥聲壓，其絕對值相差百萬 倍，因此用聲壓的絕對值來表示聲音的強(qiáng)弱是很不方便。倍，因此用聲壓的絕對值來表示聲音的強(qiáng)弱是很不方便。 為此，人們引用一個對基準(zhǔn)聲壓之比的對數(shù)量，來表示聲為此，人們引用一個對基準(zhǔn)聲壓之比的對數(shù)量，來表示聲 音的強(qiáng)弱音的強(qiáng)弱聲壓級聲壓級，聲壓級的單位是分貝，聲壓級的單位是分貝dB，其定義為，其定義為 0 lg20 p p Lp (二二) 聲強(qiáng)級和聲功率級聲強(qiáng)級和聲功率級 在介質(zhì)中傳播的聲波是具有一定能量的，所以也可以在介質(zhì)中傳播的聲波是具有一定能量的，所以也可以 用能量大小來表征聲波的強(qiáng)弱。聲源在單位時間內(nèi)輻射出用能量大小來表

5、征聲波的強(qiáng)弱。聲源在單位時間內(nèi)輻射出 來的總聲能稱為來的總聲能稱為聲功率聲功率，單位是瓦。在垂直于聲波傳播方，單位是瓦。在垂直于聲波傳播方 向、單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能，稱為向、單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能，稱為聲強(qiáng)聲強(qiáng)，單位是，單位是 w/m2。 聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系：聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系： c p Z p I c 22 聲強(qiáng)、聲功率也是用聲強(qiáng)級、聲功率級表示，單位聲強(qiáng)、聲功率也是用聲強(qiáng)級、聲功率級表示，單位 是分貝是分貝dB，其定義為，其定義為 0 lg10 I I LI 0 lg10 W W Lw 聲級（聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級）的求和公式：聲級（聲壓級、聲強(qiáng)級、聲功率級）的求和公式： )1

6、0lg(10 1 1 . 0 n i L I i L 聲級的平均值計算公式：聲級的平均值計算公式： )lg10(lg10 1 1 . 0 nL n i L av i (三三)噪聲的頻譜噪聲的頻譜 正常人能聽覺到的頻率范圍一般為正常人能聽覺到的頻率范圍一般為20一一20000Hz， 這一寬廣的聲頻范圍可劃為若干個頻段，即通常所說的這一寬廣的聲頻范圍可劃為若干個頻段，即通常所說的頻頻 程程或或頻帶頻帶。 在噪聲測量中最常用的是倍頻程和在噪聲測量中最常用的是倍頻程和1/3倍頻程倍頻程倍頻程倍頻程是是 指上下限兩個頻率值之比為指上下限兩個頻率值之比為2:1的頻帶。的頻帶。 為了得到比倍頻程更為洋細(xì)的頻

7、譜，可使用為了得到比倍頻程更為洋細(xì)的頻譜，可使用1/3倍頻程，即倍頻程，即 把一個倍頻程再分為三段頻帶。把一個倍頻程再分為三段頻帶。 目前通用的倍頻程的中心頻率為目前通用的倍頻程的中心頻率為31.5、63、125、250、500、 1000、2000、4000、800016000赫茲。測量噪聲時通常赫茲。測量噪聲時通常 只需要使用中心頻率為只需要使用中心頻率為638000赫茲的八個倍頻程。赫茲的八個倍頻程。 中心頻率：中心頻率： 下上中 fff 以頻率為橫以頻率為橫 坐標(biāo)，以聲坐標(biāo)，以聲 壓級、聲強(qiáng)壓級、聲強(qiáng) 級、聲功率級、聲功率 級為縱坐標(biāo)級為縱坐標(biāo) 來繪制噪聲來繪制噪聲 測量結(jié)果，測量結(jié)果

8、， 所得的圖形所得的圖形 可以清楚的可以清楚的 反映出噪聲反映出噪聲 的成分和性的成分和性 質(zhì)，這就叫質(zhì)，這就叫 做做頻譜分析頻譜分析。 (四四) 響度級響度級 人耳對聲音的感受不僅和聲壓有關(guān)，而且也和頻率有關(guān)。人耳對聲音的感受不僅和聲壓有關(guān)，而且也和頻率有關(guān)。 對聲壓級相同但頻率不同的聲音，聽起來是不一樣響的，對聲壓級相同但頻率不同的聲音，聽起來是不一樣響的， 頻率高的響些。根據(jù)人耳的這一特性，用頻率高的響些。根據(jù)人耳的這一特性，用響度級響度級把聲壓和把聲壓和 頻率統(tǒng)一起來表示聲音響度，其單位是頻率統(tǒng)一起來表示聲音響度，其單位是phon(方方)： 響度級是這樣確定的：取響度級是這樣確定的：取

9、1000Hz的純音作為基準(zhǔn)聲音，的純音作為基準(zhǔn)聲音， 若某一聲音聽起來與基準(zhǔn)純音一樣響時，該聲音的響度級若某一聲音聽起來與基準(zhǔn)純音一樣響時，該聲音的響度級 (phon)就等于基準(zhǔn)純音的聲壓級就等于基準(zhǔn)純音的聲壓級(dB)。 響度級響度級 是一個相對量，若用絕對值表示，引入響度 是一個相對量，若用絕對值表示，引入響度 N，其單位為，其單位為sone(宋宋) ) 10 40 ( 2 N L N 二、噪聲的測量二、噪聲的測量 常用的噪聲測量儀器有聲級汁，頻率分析儀和常用的噪聲測量儀器有聲級汁，頻率分析儀和 自動記錄儀等。自動記錄儀等。 聲級計中常用的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有聲級計中常用的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、和三

10、種。、和三種。計權(quán)計權(quán) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是參考等響曲線，使測量儀器接受的聲音按不同的是參考等響曲線，使測量儀器接受的聲音按不同的 程度濾波。程度濾波。 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對是模擬人耳對80phon純音的響應(yīng)，在整個可聞頻純音的響應(yīng)，在整個可聞頻 率范圍內(nèi)有近似于平直的特性，能讓所有頻率的聲音幾率范圍內(nèi)有近似于平直的特性，能讓所有頻率的聲音幾 乎以同樣的程度通過，它代表總聲壓級。乎以同樣的程度通過，它代表總聲壓級。 B網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對是模擬人耳對70phon純音的響應(yīng)，當(dāng)接受的聲音純音的響應(yīng)，當(dāng)接受的聲音 通過時，低頻有一定的哀減。通過時，低頻有一定的哀減。 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對是模擬人耳對40ph

11、on純音的響應(yīng)當(dāng)接受聲音通純音的響應(yīng)當(dāng)接受聲音通 過時，過時，500Hz以下的低頻有較大的衰減。測量儀器對高以下的低頻有較大的衰減。測量儀器對高 頻敏感，對低頻不敏感，與人耳對聲音的感覺類似，即頻敏感，對低頻不敏感，與人耳對聲音的感覺類似，即 此時測得的噪聲比較接近人耳對聲音的感覺。此時測得的噪聲比較接近人耳對聲音的感覺。 測量電機(jī)噪聲時，一般都采用測量電機(jī)噪聲時，一般都采用A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其所測得計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其所測得 的值稱為的值稱為A聲級聲級，記作，記作dB（A） 電機(jī)噪聲的測定方法可按電機(jī)噪聲的測定方法可按GB280681的規(guī)定進(jìn)行的規(guī)定進(jìn)行 )( lg10 0 AdB A A LL pavW 電磁噪聲電磁噪聲來源于來源于電磁振動電磁振動，電磁振動則由電機(jī)氣隙磁場，電磁振動則由電機(jī)氣隙磁場 作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的電磁力電磁力所激發(fā)，而電機(jī)氣隙磁場所激發(fā)，而電機(jī)氣隙磁場 又決定于定、轉(zhuǎn)子繞組又決定于定、轉(zhuǎn)子繞組磁勢磁勢和和氣隙磁導(dǎo)氣隙磁導(dǎo)。 9-2感應(yīng)電動機(jī)的電磁噪聲感應(yīng)電動機(jī)的電磁噪聲 由感應(yīng)電動機(jī)氣隙磁密波作用，在定子鐵心齒上產(chǎn)生由感應(yīng)電動機(jī)氣隙磁密波作用，在定子鐵心齒上產(chǎn)生 的的磁力磁力有切向和徑向兩個分量。有切向和徑向兩個分量。徑向分量徑向分量 使定子鐵心產(chǎn)生的振動變形是電磁噪聲的使定子鐵心產(chǎn)生的振動變