基于LABVIEW床头箱噪声监测系统设计

哈尔滨理工大学学士学位论文- I -基于 LABVIEW 床头箱噪声监测系统设计 摘要 对于主传动链为齿轮传动的普通车床，主轴箱齿轮啮合噪声是导致车床噪声声压级超标的主要原因，很长一段时间以来，由于传统的噪声检测仪器价格昂贵，而且对专业技术的要求比较高，使用起来比较繁琐，效率很低，所以为了降低成本，一些车床厂家主要靠工人的耳朵对噪声源进行辨别。事实证明这种方法不仅效率很低，而且判断并不精确。因此，迫切需要找到一种经济、快捷、科学、准确的识别方法来进行噪声源识别。近年来，计算机技术的飞速发展使得虚拟仪器技术得到了广泛的应用。在本文中对车床噪声源识别虚拟仪器的设计做了以下工作：首先，在广泛阅读国内外相关文献的基础上，从理论上对车床噪声源的识别原理进行了研究，分析了车床噪声的组成及其作用机理，研究了齿轮噪声源辨别的基本原理和方法。其次，将虚拟仪器技术引入到车床噪声测试和分析中，对虚拟仪器的硬件和软件进行了选择和设计。在硬件方面，使用普通的麦克风，一个麦克风，一个使用计算机代替专用声卡数据采集卡；在软件设计方面，采用的是广泛应用于计算机领域的美国 NI 公司的 LabVIEW 虚拟仪器辅助测试作为软件开发平台，开发了一套能实现噪声信号的采集、存储、时域波形显示、功率谱分析和峰值频率自动显示等功能的虚拟仪器，并完成了该虚拟仪器前面板的设计。最后，用设计的虚拟仪器对 CL6240 型马鞍车床进行了噪声测试和分析，结论证明该虚拟仪器能识别车床的主要噪声源，能满足车床噪声信号测试需求的功率频谱分析，在机械噪声控制领域广泛采用先进的虚拟仪器测试控制技术提供了理论基础。关键词 车床；噪声源识别；虚拟仪器；LabVIEW哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Based on the LABVIEW Virtual Instrument Lathe Noise Monitoring Design AbstractTo the common lathes, their main drive parts are gears, the headstock gear-joggling noise is the main reason which results the sound pressure goes beyond the standard. Not only the traditional noise measurement instruments are very expensive but also they are too professional and difficult to use for some workers. Formerly, some lathe factories distinguish the gear which brings the greatest noise depend on the workers ears. The practice bears out that not only its efficiency is very low, but also it is always wrong. Instrument (shortly:VI) technology has a universal application. Around how to design a VI to identify noise source in the lathe, this thesis have done the following works:Firstly, on the basis of looking up the concerned technical literature and data both domestic and abroad, this thesis studies how to identify noise source in the lathe in theory. It also analyzes what the buildup of the lathe noise is and how the noise works, and it also carries out the research about the methods and essential principle of identifying the gear noise source.Secondly this thesis introduces the VI technology to perform the testing work. The thesis discusses how to choose the hardware and software of this VI. About the hardware, the thesis advises using ordinary microphone as sound sensor, takes the sound card of the personal computer as the simple DAQ (Data Acquisition) card. About the software, this thesis suggests using LabVIEW which issued National Instruments collecting and storing the noise signature, showing and taking the power spectrum analysis about it and designs a front panel for this VI.At last, we carry out some noise tests and analysis on the CL6240 saddle 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -lathe using this VI. The test process proves that this VI is fit for testing and identifying noise source in the lathe.Keyswords Lathe；Noise Source Identification；Virtual Instrument； LabVIEW哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 研究的目的与意义 .11.2.1 国内外车床噪声研究现状 .21.3 虚拟仪器概述 .41.4.1 虚拟仪器的简介 .41.4.2 虚拟仪器的构成 .51.4.3 虚拟仪器特点和优势 .61.4.4 虚拟仪器的发展趋势 .61.4 本课题研究的总体规划 .7第 2 章 车床噪声源识别的研究 .82.1 噪声的物理量度和评价指标 .82.1.1 声压、声强及声功率 .82.1.2 声压级和声功率级 .92.1.3 噪声的评价指标 .102.1.4 本文采用的评价方法 .112.2 国家对车床噪声的相关规定 .112.3 噪声频谱基本理论 .122.4 噪声识别的基本方法 .122.4.1 主管判断法 .122.4.2 分段运转法 .122.4.3 相关分析和相干分析法 .132.4.4 频谱分析法 .132.4.5 倒频谱分析法 .132.4.6 功率谱分析法 .142.5 车床噪声源识别的基本原理 .142.5.1 车床噪声组成 .152.5.2 齿轮故障识别基本原理 .152.5.3 齿轮失效形式 .162.5.4 齿轮故障的识别方法 .172.6 本章小结 .18第 3 章 虚拟仪器监测系统的设计 .193.1 总体设计思想 .19哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -3.2 虚拟仪器硬件系统设计 .193.2.1 信号采集 .193.2.2 信号处理 .203.2.3 选定硬件方案 .203.2.4 声卡代替数据采集卡的可行性 .213.3 虚拟仪器软件系统设计 .233.3.1 虚拟仪器的软件开发平台 .233.3.2 软件的总体设计方案 .243.2.2 数据采集子程序拟定 .253.2.3 数据处理分析程序设计 .293.3 本章小结 .31第 4 章 CW6163 车床噪声频谱分析 .324.1 测量系统 .324.2 噪声测量 .334.2.1 实验条件 .334.2.2 试验方法 .334.2.3 试验结果分析 .344.3 车床传动系统的改造 .354.4 噪声源的分析与识别 .404.5 齿轮检测 .444.6 本章小结 .44结论 .45致谢 .47参考文献 .48附录 A.49附录 B.59哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景近年来，很多厂家开始注重车床噪声测试。车床噪声被列为质量的评价标准，直接影响到其经济价值，要想提高其市场竞争力就必须降低车床的噪声。所以车床噪声研究的重要意义主要体现在以下几个方面：分析车床的噪声，找出其超标的主要原因，可采取有效措施降低噪声；测量车床工作环境的噪声强度，以确定环境噪声是否符合工业企业卫生标准，是否需采相关措施，来保障工作人员的健康。目前国际上评价机床产品质量的重要指标之一就是噪声。高精密机床不得超过 75 分贝(A)，精密机床和普通机床噪声不得超过 83 分贝(A)。目前,我国绝大部分机床的噪声都在 85 95 分贝(A)之间,机床噪声不达标。我们对 CW6163 这种典型机床进行噪声监测。 1.2 研究的目的与意义噪声污染问题是当今社会特别关注的重大环境问题。有关噪声的分析与控制关系到环境保护，关系到生活质量与身心健康，关系到工业产品的竞争力，关系到国防与尖端产品的质量、寿命、可靠性与精度，以至关系到对人类心理生理奥秘的探索。因此，各国都投入了大量的人力、物力和财力来进行研究。我们知道，解决噪声问题的根本在于对声源的研究，所以关键问题在于研究机器运转时的发声机理，诊断出设备中主要的易于解决的声源，然后进行控制。实践证明,车床主轴箱齿轮啮合噪声是影响车床噪声声压级超标主要原因。但是，车床主轴箱中的齿轮有几十个，任意一级主轴转速下同时啮合的齿轮也有好几对。每当车床噪声声压级超标时，工人经常靠耳朵的听力辨别是哪对齿轮噪声大。而实践证明这是无法判断准确的，经常因错误判断造成多次拆卸齿轮浪费了许多人力和时间，耽误了车床产品按时出厂。因此，采用科学的噪声源识别方法，高效准确地识别噪声源有着极为重大的意义。近年来，借助于现代信号分析技术和计算机技术的发展,国内开发出了多种低价位动态信号分析系统，为噪声信号的频谱分析，高效准确地识别噪声源提供了强有力手段。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -1.2.1 国内外车床噪声研究现状噪声控制是随着近代工业的发展而产生的一门新兴学科。根据研究范畴来说，可分为机床噪声、交通噪声、建筑噪声等若干分支，它们之间有着相互联系的内容，又有自身的一些特点，如机械制造行业中的机床噪声，就其控制而言，与其他噪声一样，除需要采用吸声、隔声、阻尼等常规处理技术外，更需要对机床噪声的成因进行一些必要的分析，以便对症下药寻找治理措施。降低和控制车床的噪声是车床专业设计人员的主要任务之一，因为只有专业人员对车床最了解、最熟悉，在分析出车床噪声发生的原因之后，才能根据研究结果提出必要的改进措施，如零部件的改进设计，新材料的选用，加工精度的确定，直至总体方案的变动，工艺过程的改革等。因此，为了解决噪声污染问题，研究设计出低噪声的车床产品、低噪声车床加工工艺流程等日益受到车床生产厂家的重视。工业比较发达的国家，对机床噪声的普遍关注是从二十世纪六十年代开始的，随着机床功率的加大和转速的提高，机床噪声问题就显得突出起来，我国对机床噪声的研究是从二十世纪七十年代开始的。为推动机床噪声控制工作的开展，规定了金属切削机床和锻压机床等设备的噪声标准，并将其列为机床产品的验收项目之一。国际噪声控制工程学会在 1981 年召开的一次国际年会上，大会主席提出了设计噪声的理念，以此作为九十年代噪声源研究的一个重要方向，并且认为今后的噪声源(机器、机械或设备)的性能指标中，应该把噪声作为一项重要指标加以考核。目前，我国有些机械工业部门，己经制定了部分产品噪声允许标准，把噪声的大小作为衡量产品质量优劣的一项指标，并开始研制生产低噪声的机械设备。此外，国内一些大专院校、科研设计单位和工厂企业也已经开始联合开展对低噪声化研究的实践工作，深入分析了各种噪声源的发生机理和传播途径，力求从噪声源与振动源出发，采取最积极、最有效、最合理的控制措施。在噪声测试系统研究方面，噪声测量与控制开始更多的借助计算机及软件技术，而对传统的复杂仪器、分析方法的依赖越来越少。计算机的引入，使得噪声测量更加方便快捷，且误差小；配合一些专用噪声测量分析软件，可使噪声测量与分析实时进行，缩短了测量与信号处理周期，减轻了研究人员的负担，使得工程师能将更多的精力放在寻找噪声控制的策略上。最近几年，随着计算机技术朝着大容量、高速度和小型廉价化方向迅速发展，各种分析软件和数值解析方法得到大量运用，有限元法是工程分析中最通用而强大的计算方法，在机床结构分析中得到了成功运用。近年哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -来有学者用边界元法和雷利(Rayleigh)积分法研究结构辐射噪声，比其它方法更准确和简单省时。噪声控制由传统的消声、隔声、吸声和隔振等手段向结构动态特性改进声源直接控制和传统手段相结合的方向发展。人们逐步开始以系统的观点来看待噪声问题，从机床的图纸设计阶段就对其结构进行噪声预测，做出噪声评价，对机床零部件实施噪声优化设计。近年来由于微电子技术和高速数字信号处理技术及计算机技术的飞速发展，噪声的有源控制也有较快发展，有源噪声控制在管道如进、排气管，船舶、飞机舱室，汽车驾驶室内有源消声等方面取得了一定应用，一些有源控制产品如电子消声器已装车使用。总之，将计算机在声学测量、数据分析、实时数据处理及有源噪声控制应用方面前景广阔。本论文也是一次将计算机技术与噪声测试技术结合用于车床噪声测量、信号分析、声源识别的尝试。1.3 虚拟仪器概述1.3.1 虚拟仪器的简介虚拟仪器( Virtual Instruments,简称 VI )的概念是美国国家仪器公司( National Instruments Corp，简称 NI )在 1986 年提出的。它是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。虚拟仪器用 NI公司的话来说就是“软件即仪器” 2。它是在通用计算机环境中，依托功能强大的处理单元和高速的数据总线，利用 LabVIEW 等虚拟仪器软件平台，在显示器屏幕上构建与真实仪器类似的可视化软面板，通过软面板上的虚拟控件控制底层硬件，用功能强大的软件来完成信号的采集、(实时或事后) 分析、显示和存储。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国和出口国，生产虚拟仪器的主要厂家有 NI 公司、HP 公司、Tektronix 公司和 Racal 公司等，每个公司的产品都有 80100 种左右，在国际仪器市场上具有较强的竞争力，这些公司领导着 VI 技术和产品的新潮流，是推动 VI 技术发展的主动力。迄今为止，VI 已经经历了 GPIB 总线、基于 PC 机的数据采集卡、VXI 总线三种典型标准体系结构。1997 年，NI 公司发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范 PXI，将成为一种主流的虚拟仪器测试平台。同时出现了一系列用于 VI 产品开放图形化编程环境，如LabVIEW，LabWindows/CVI，HP VEE 等。1998 年，NI 公司发布了可互换虚拟仪器(Interchangeable Virtual Instruments，IVI)和虚拟硬件(Virtual Hardware,VH)的概念，按照 VH 概念设计的产品已经面市，IVX 基金也已于 1998 年 8 月在美国正式成立，并发布了相应的 IVX 技术规范。对虚拟仪器的研究，我国是从二十世纪九十年代中期开始的。至今已哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -经有许多厂家或科研单位在使用虚拟仪器进行测试方面作了一系列有益工作，开发了一些虚拟测试仪器。如清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验，主要检测发动机的功率特性、负荷特性等；四川大学的老师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”将八台仪器集于一体，组成虚拟仪器系统；哈尔滨工业大学推出了“仪器王”虚拟仪器系统；重庆大学测试中心，成功解决了文件难以有序交换的制约把多种测试仪器的功能、技术参数和精度指标集成在功能软件库中，用户只需把装有程序的软盘和一个手掌大的硬卡分别插入计算机的软驱和总线，就能在计算机中实现被集成仪器的各种功能。另外浙江大学、成都电子科技大学、同济大学、上海交通大学、华中科技大学、上海仪器仪表所、中科泛华电子科技公司、陕西海泰电子公司等一批高校和公司也正在不断进行虚拟仪器的研究和应用，并取得了一定成果。虚拟仪器技术是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。虚拟仪器概念是对传统仪器概念的重大突破，以其为代表的虚拟测试技术是自动化测试技术发展的一个新时代，是测试技术走上信息化、集成化以及模块化、系列化、标准化的重要标志。1.3.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器通常由通用仪器硬件平台和应用软件平台两大部分构成 3。图 1-1 反映了常见虚拟仪器的组建方案。传 感 器信 号 调 理 模 块数 据 采 集 卡计 算 机分析储存显示打印虚 拟 仪 器哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -图 1-1 虚拟仪器的组成1. 虚拟仪器的硬件系统构成虚拟仪器的硬件平台包括两部分：(1)计算机。一般为一台个人计算机或工作站，是硬件平台的核心。(2)I/0 接口设备。I/0 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换等，主要包括 GPIB，VXI,PXI 和 DAQ 四种标准体系结构。 不同的总线有其对应的 I/0 接口硬件设备，如利用个人计算机总线的数据采集卡(DAQ)、 GPIB 总线仪器、VXI 总线仪器、串口总线仪器等。2. 虚拟仪器软件系统虚拟仪器软件系统主要包括三个部分：VISA 库，仪器驱动程序。开发虚拟仪器必须有合适的软件工具，目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类：（1）文本式编程语言：如 Visual C+、Visual Basic LabWindows/CVI等。 （2）图形化编程语言：如 NI 公司的 LabVIEW 和 HP 公司的 VEE 等。虚拟仪器软件由两部分构成，即应用程序和 I/O 接口仪器驱动程序。虚拟仪器的应用程序包含两方面功能的程序，即实现虚拟面板功能的软件程序和定义测试功能的程序框图。I/O 接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。1.3.3 虚拟仪器特点和优势与传统仪器相比，虚拟仪器有以下几个方面的优点 3：(1)融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已经成为虚拟仪器的标准配置。(2)利用了计算机丰富的软件资源，一方面，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物资资源，增加了系统灵活性；另一方面，通过软件技术和数值算法，实时、直接地对测试数据进行了各种分析与处理；再是通过图形用户界面技术，真正做到了界面友好、人机交互。(3)基于计算机总线和模块化总线，传统仪器硬件实现了模块化、系列化、大大缩小了系统尺寸，可方便地构建模块化仪器。(4)基于计算机网络技术和接口技术，VI 系统具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如 CAN，Field Bus，PROFIBUS 等各种工业总线标准。哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -因此利用 VI 技术可方便地构建自动测试系统(ATS,Automatic Test System)，实现测量、控制过程的网络化。(5)基于计算机的开放式标准体系结构，虚拟仪器的硬件、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建时间。1.3.4 虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器的开发厂家，为扩大虚拟仪器的功能，在测量结果的数据处理、表达模式及其变换方面也做了许多工作，发布了各种软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库（例如测量结果的谱分析、快速傅立叶变换、各种数字滤波器、卷积处理和相关函数处理、微积分、峰值和阈值检测、波形发生、噪声发生、回归分析、数值运算、时域和频域分析等） ，使虚拟仪器发展成为可以组建极为复杂的自动测试系统的仪器系统。虚拟仪器技术诞生虽然只有二十年的历史，但它的发展速度是惊人的，已广泛应用与科研生产的许多领域：声学测试、音波侧试、汽车测试、生物医学测试、光纤校准、光学测定及度量、半导体测试、电信测试、振动测试、工业自动化、实验室自动化、机械监控、石油和天然气处理、药品加工、过程自动化、统计、过程控制等。此外随着计算机、通信、微电子技术的不断发展，以及网络时代的到来和信息化要求的不断提高，网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器发展的大趋势。在国内网络化虚拟仪器的概念目前还没有一个比较明确的提法，也没有一个被测量界广泛接受的定义。其一般特征是将虚拟仪器、外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。使用网络化虚拟仪器，可在任何地点、任意时刻获取数据信息的愿望成为现实。网络化虚拟仪器也适合异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等。与以个人计算机为核心的虚拟仪器相比，网络化将对虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器是仪器发展史上的一次革命。网络化虚拟仪器将由单台虚拟仪器实现的三大功能(数据获取、数据分析及图形化显示)分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的两大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。1.4 本课题研究的总体规划考虑到国内对于控制车床噪声的需求，而且采用 LabVIEW 软件结合高速数据采集卡进行虚拟仪器的研究也是当今的热点和重点。本课题结合本专业将虚拟仪器测试的概念引入到车床噪声测试与分析中，将有助于提高对车床噪声进行测试和控制的研究水平，并且可以在很多测试领域降低哈尔滨理工大学学士学位论文- 7 -测试系统的成本。针对以上问题本论文的主要任务包括以下几个方面：(1)学习和掌握相关噪声测量的基本原理 (2)噪声监测系统的设计(3)通过数据处理后进行故障诊断找出噪声源(4)进一步对机床进行噪声频谱分析(5)对车床噪声源进行改进设计哈尔滨理工大学学士学位论文- 8 -第 2 章 车床噪声源识别的研究2.1 噪声的物理量度和评价指标在实践中为了定量描述噪声降低的效果，对基本的声学量进行检测是必须的。降噪和低噪声设计很大程度上依赖于声学测量技术的进步。通过测量，音的时频特性和传播恃性等等，从而为改进产品声设计和噪声评价提供依可以了解振动和声源的部位、声源的类别、声级或声功率级的大小、声据。在声学测量中，最基本的是对声压、声强和声源声功率的测量。声压和声强都是声波强度的很好量度，声功率是描述声源辐射能力的一个重要物理量。为了反映人耳对声音感觉与频率的关系，人们提出了计权声压级的概念。由于 A 声级一定程度上反映了人对声音的主观感受，A 声级同人耳的损伤程度也能够较好对应，即 A 声记级越高，对人耳的损伤也越严重，加上测量容易使用简便，目前在有关劳保、环保及工业产品噪声标准或规范中 A 声级是最广泛使用的评价参量，并成为许多更复杂的噪声评价指标的基础。2.1.1 声压、声强及声功率1. 声压的定义声波引起空气质点的振动，使大气压力产生压强的波动称为声压，亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增量为声压，用 表示，其单位为P4。假定讨论的是纯音，即由单一频率组成的声音，则其声压瞬时值可aP用余弦函数表述：(2-1) )cos()(tPtm式中， 为幅值，即最大值， 为圆频率， 。m f2声压的平均值为：(2-2)dtpTav01对纯音来说，其平均值为零。声音的强弱是由声压的有效值决定的。有效值就是均方根值，记作 ，对周期函数有：rmsP(2-3)Tdtp021哈尔滨理工大学学士学位论文- 9 -对纯音来说，有效值 。通常所说的声压，指的都是声压的均P2mp方根值。2. 声强的定义声波作为一种波动形式，将声源的能量向空间辐射，人们可用能量来表示它的强弱。在单位时间内，通过垂直声波传播方向的单位面积上的声能，叫做声强。用 表示，单位为 。在自由声场中，声强与声压有I2/mW着密切的关系:(2-4)cPI式中 声强 ( )；I2/有效声压 ( )Pa空气密度 ( )；3/mkg空气中的声速( )；cs声阻抗率( )。2/3. 声功率的定义声功率是声源在空气中以声波的形式辐射的功率。基准声功率为，极限声功率为 1w，声功率不能直接测量，而只能根据声压和测w120量面积等间接测量。自由声场中，声波作球面辐射时，声功率与声强有下列关系：(2-5)24RWI式中 离声源距离 R 处的声强( )；I /m声源辐射的声功率 ( )；W离声源的距离( )。R2.1.2 声压级和声功率级对一只正常人的耳朵来说，它刚刚能听到的最轻微的声音的声压是,所以 这个值被称为人耳的听阈，也叫基准声压，用aP5102aP5102表示。有疼痛感觉的声音的声压是 ， 这个值被称为人耳的痛aP20a阈，也叫极限声压，用 表示。一般人耳能听到的声音的声压值大于基max准声压而小于极限声压。 （ ）比 （ ）大a0a51得多，是 的 100 万倍。同样，从声强的角度看，从听阈声强0哈尔滨理工大学学士学位论文- 10 -到痛阈声强 两者相差 倍。因此，用声压或声强的绝21/0mW 2/1m120对值表示声音的强弱很不方便，再者人对声音响度感觉是与声音强度的对数成正比的。所以声学中普遍采用了声压或能量的对数表示声音的大小，用“级”来衡量声压、声强和声功率，称为声压级、声强级和声功率级。1. 声压级定义声压级的定义为:(2-6)repPgL201式中， 为被测声压 ， 为参考声压。Pare大量统计数据表明，听觉正常的青年人能听得出的最低声压在即 左右。因此将这一声压定为参考声压，即：510.2a(2-7)are510.22. 声功率级定义声功率级定义成与声压级定义类似的形式6：(2-8)rewWgL式中， 为被测声源声功率， 为参考声功率，其中 。Wr Wre1202.1.3 噪声的评价指标1. 响度和响度级人耳对不同频率声音的灵敏度不同。例如，对同样是 70dB 的 1000Hz纯音（单频波）和 100Hz 纯音，人们感觉上 1000Hz 纯音要“响亮” ，这说明声音响亮的程度是由声压级和频率两个因素共同决定的。响度级就是一个能把声压级和频率用一个概念统一起来的量，用 表示，单位为方Ls（phon） 。响度级定义是以 1000Hz 纯音为基音。如有一个声音听起来与这个1000Hz 纯音一样响的话，此声音的响度级就等于该纯音声压级的分贝数。响度级是对数表示的相对量，是与客观量声压级相对应的主观评价量。主观评价声音响亮程度的绝对量是响度，记作 S，单位为宋（son） 。它与正常听力者对该声音的主观感受量成正比。响度级为 40phon 的声音定义为 1son；响度级增加 10phon，人感觉到的响度是原来的 2 倍，因此50phon 的响度是 2son，60phon 的响度是 4son。增加 10phon 表示声压增加到原来的 10 倍。声强是刺激量，响度是感觉量。上述情况表明，十倍的刺激产生两倍的感觉。哈尔滨理工大学学士学位论文- 11 -响度级和响度之间的换算关系为：(2-9)1042log104LsSLs或2. 计权声级为了模拟人耳对于不同频率声音的响应，在一般的测量声压级的仪器（如声级计等）中，除了能直接测量的总声级外，通常还有 A、B 、C 三档，分别模拟人耳对 40phon、70phon 和 100phon 纯音的响应特性来设置计权网络，使测量时接收到的声音信号经过网络滤波后按频率获得不同程度的衰减。三种计权网络特点如下：A 网络与 40 方等响度曲线倒置的形状接近，它对高频敏感，对低频不敏感，对 500Hz 以下的噪声作了较大的衰减，经 A 计权网络滤波后所测得的总声压级叫做 A 计权声级，简称 A 声级，单位记作分贝(A)或 dB(A)。B 网络是模拟 70 方等响曲线倒置形状，对低频段 200Hz 以下的声压级有较大的衰减。B 网络测得的声压级代表噪声的响度大小，简称 B 声级，记作分贝(B)或 dB(B)。C 网络是模拟 100 方的等响曲线倒置的形状，在整个可听频率范围内有近乎平直的特性，即对可听声所有的频段基本不衰减，一般代表总声压级。2.1.4 本文采用的评价方法按照国家原来的规定，A 声级用于测量 55dB 以下的噪声。但多年来的实践已有改变。国际上公认，无论声压级高低，统一用 A 声级测量可以更合适地反映噪声对人类的综合效应（包括听力损伤、烦扰度等） ，并且易于对不同的测量结果进行比较，因此把 A 声级作为噪声评价指标是适合的。基于以上分析，在本课题研究中对车床噪声的测量采用 A 计权网络测得的 A 声级（即 dB(A)）代表车床噪声的响度大小。2.2 国家对车床噪声的相关规定根据 GB9061-88金属切削机床通用技术条件的规定，机床噪声的容许标准是：高精度机床应小于 75dB，精密机床和普通机床应小于85dB。后来，为适应国际市场的需要，国家标准又规定必须达到一等品才允许向国外销售。一等品机床的噪声标准是 83dB(A)。为提高我国生产的机床在国际市场上的竞争力，确保我国机床产品的声誉，使我国机床的质哈尔滨理工大学学士学位论文- 12 -量标准与国际标准接轨，国家有关部门在二十世纪 90 年代初又对机床质量标准进行了修订，全面提高了要求，将普通车床合格品的噪声标准确定为 83dB(A)，一等品则定为 81dB(A)。这个要求在 JB/T2322-93卧式车床精度、技术条件中做了进一步明确。2.3 噪声频谱基本理论2.4 噪声识别的基本方法为了有效控制车床的噪声，必须通过一定的噪声源识别方法找到引起车床噪声超标的主要噪声源。声源识别是一项极为重要的工作，其重要之处在于噪声控制必须针对主要声源着手，如果主要声源得不到有效地控制，对次要声源采取再多的措施都是无济于事的。另一方面，噪声源识别是极其复杂的，同一台机器，大多存在多个声源，而且声源之间互相干扰。噪声源识别的目的就是要从复杂的声源系统中，通过采取科学合理的手段，找出主要声源的部位、能量分布、频率特性等，为噪声控制提供科学依据。噪声源的识别方法有很多：只凭人耳或使用声级计的方法有主观判断法、近场测量法、分段运转法、铅覆盖法(也称