旋轉(zhuǎn)機(jī)器噪聲分析對(duì)策研究

李純文

（鼎信（廣東）檢測(cè)認(rèn)證有限公司，廣東中山 528434）

旋轉(zhuǎn)機(jī)器應(yīng)用極為廣泛，如換氣扇，熱交換器，空調(diào)等。旋轉(zhuǎn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的聲音，有時(shí)候聲音聽起來令人不舒服，稱之為噪聲。如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境背景音安靜，聽起來更加刺耳，長(zhǎng)期處在有噪聲的環(huán)境中，令人煩躁不安。所以必須對(duì)噪聲進(jìn)行對(duì)策分析，消除噪聲的不良影響。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)器

旋轉(zhuǎn)機(jī)器（圖1）通常指搭載電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，帶動(dòng)其他部件轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。

圖1 旋轉(zhuǎn)機(jī)器

2 聲音的強(qiáng)弱表示

如圖2所示是聲音的強(qiáng)弱表示。

圖2 聲音的強(qiáng)弱表示

（1）聲壓。聲音通過空氣的振動(dòng)產(chǎn)生的壓強(qiáng)，叫聲壓。聲壓的大小反應(yīng)了聲音的強(qiáng)弱。聲壓的單位是Pa（帕），有時(shí)也用bar（巴）。1 bar=100 kPa。

（2）聲壓級(jí)。把聲壓有效值取對(duì)數(shù)來表示聲音的強(qiáng)弱的方法，叫聲壓級(jí)，聲壓級(jí)表示符號(hào)為“SPL”，單位為分貝（dB）。聲壓級(jí)的表示方式：

式中，P為聲壓（Pa），P0為基準(zhǔn)聲壓=2×10-5（Pa）。

（3）噪聲。通常人耳聽覺系統(tǒng)所能感受到的信號(hào)稱為聲音。從物理學(xué)觀點(diǎn)來看，聲音是一種機(jī)械波，是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播。旋轉(zhuǎn)機(jī)器的電動(dòng)機(jī)作為電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出的部件，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，一部分能量以振動(dòng)形式輸出，振動(dòng)的能量傳遞到機(jī)器的其他部件，并通過空氣散播到空間中，產(chǎn)生人耳聽得見的聲音。有時(shí)候聲音會(huì)在某頻率被擴(kuò)大，聽起來令人不舒服，稱之為噪聲。如圖3中凸起部分尖峰。

圖3 噪聲

3 頻率分析

3.1 頻率

物質(zhì)在1 s 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做頻率，常用f表示。單位是赫茲（Hz）、秒分之一，符號(hào)為s-1。例50 Hz：1s 內(nèi)做了50次周期性變化。

3.2 何謂頻率分析）

聲音中，存在著各種聲壓、各種頻率的聲波。所謂頻率分析就是分析聲音中包含哪些頻率的聲音，哪個(gè)頻率的聲音較大。如圖4所示。

圖4 頻率分析

3.3 聲音的頻率修正

模擬人耳對(duì)聲音的敏感度，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，確定了以下聲音的頻率修正方法，如圖5 所示，其中最為常用的是A 特性修正。人耳能感受的頻率在20～2 000 Hz。

圖5 聲音的頻率修正

（1）Linear 來自機(jī)械的單純聲音。

（2）A 特性修正（A-weighted）。結(jié)合人耳容易聽到程度來修正。

（3）B 特性修正（B-weighted）。現(xiàn)在基本上沒用。

（4）C 特性修正（C-weighted）。不修正頻率的聲音頻率分析。

（5）D 特性修正（D-weighted）?？紤]到噪聲的柔和度，飛機(jī)噪聲等的特殊用途。

4 噪聲源的分析

旋轉(zhuǎn)機(jī)器噪聲源主要有：①電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的磁力噪聲；②機(jī)器旋轉(zhuǎn)部件的共振音。

圖6 噪聲源的分析

4.1 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的磁力噪聲

轉(zhuǎn)子和定子之間，磁束的相互作用下，在半徑方向上發(fā)生加振力（電磁力），產(chǎn)生定子的變形，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。電磁力噪聲＝轉(zhuǎn)子槽數(shù)×轉(zhuǎn)速60×n 次±（0＆2 f），（n=1，2，3…），f=電源頻率。圖7中（425 Hz），電源頻率=50 Hz，轉(zhuǎn)速=1 960 r/min，轉(zhuǎn)子槽數(shù)=13，磁力噪聲=325 Hz（1次），425 Hz（2次），525 Hz（3次）。

圖7 磁力噪聲

4.2 機(jī)器旋轉(zhuǎn)部件的共振

空氣流過旋轉(zhuǎn)部件，旋轉(zhuǎn)部件的不平衡使振動(dòng)振動(dòng)加劇，產(chǎn)生噪聲。如圖8所示。

旋轉(zhuǎn)部件的共振音=n×轉(zhuǎn)速[rpm]/60×Z，n=1，2，3……n，Z=旋轉(zhuǎn)體開孔數(shù)。

圖8中，轉(zhuǎn)速=1 960RPM，葉片數(shù)=4，旋轉(zhuǎn)部件的共振音=130 Hz（1次），260 Hz（2次）。

圖8 機(jī)器旋轉(zhuǎn)部件的共振

5 噪聲源的對(duì)策

（1）針對(duì)分析結(jié)果（4.1），對(duì)電機(jī)采取的對(duì)策：①重新設(shè)計(jì)電機(jī)，改善磁力平衡。②增加阻斷磁力噪聲傳播的機(jī)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 阻斷磁力噪聲傳播的機(jī)構(gòu)

（2）針對(duì)分析結(jié)果（4.2），對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件采取的對(duì)策：①葉片數(shù)變更。②葉片間距變更。

（3）結(jié)果考察。對(duì)策實(shí)施后，130 Hz，260 Hz，425 Hz 峰值部分已明顯降低，如圖10所示。

圖10 結(jié)果考察

6 結(jié)束語

本文總結(jié)了利用頻率分析的方法，找出旋轉(zhuǎn)機(jī)器噪聲發(fā)生的頻率，確定噪聲發(fā)生的源頭，針對(duì)噪聲源頭實(shí)施對(duì)策，能大大提高對(duì)策的效果與效率。