电动手锯噪声分析

1、得分：_电动往复锯噪声特性分析与其降噪措施研究摘要：电动往复锯的特点是体积小、重量轻、出率大、转速高，因而它的噪声要比同样的体积、重量、出率的电动机大几十分贝。本文电动往复锯的噪声进行了测试分析，根据电动往复锯产生噪声的原因，选取了三个测试点进行噪声值测量，并根据测试结果绘制频谱图，分析结果表明电动往复锯在高频段噪声值最大，但未超出标准规定。对此本文分析了电动往复锯已经采取的一些降噪措施，并提出了一些其他的降噪措施来进一步降低电动往复锯的噪声。关键词：电动往复锯；噪声；频谱分析；降噪The Analysis of Noise Characteristics and Study of Noise

2、 Reduction Measures for an Electric reciprocating saw Cai JiaWei（Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037）Abstract: The characteristics of electric reciprocating saw is of small volume, light weight, large, high speed rate;So it's noise than the same volume, weight, ratio of motor sco

3、res of db.This article introduced the test and analysis of the noise for an electric reciprocating saw . Selecting three test points to measure noise value which according to the source of the noise, and drawing the Spectrogram through the test results. The result shows that the greatest noise value

4、 of the electric reciprocating saw was in high frequency, but it does not exceed the standard. So the article analyzes the electric reciprocating saw has taken some noise reduction measures and proposes some other noise reduction measures which will further reduce the noise of the electric reciproca

5、ting saw.Key words:Electric reciprocating saw ; Noise; Spectrum Analysis; Noise Reduction1 引 言众所周知，在我们买家电产品时（如电风扇、洗衣机、电冰箱等）都要进行接通电源的监听，比较是否噪声偏大、有无振动。这对于选购电动工具产品也是一样，因为作为电动工具产品不仅是工业使用的产品，而且也已作为DIY产品广泛应用于家庭生活之中。但它们发出的噪声，却是一种影响人体健康的环境污染。人对噪声感觉的大致情况，见表1.1。表1.1 人对噪声感觉的大致情况噪声人的感觉噪声人的感觉020 dB很静80100 dB很吵闹2

6、040 dB安静100120 dB难受4060 dB一般120140 dB痛苦6080 dB吵闹电动工具是一种由电动机或电磁力作为动力，通过传动机构驱动工作头进行作业的手持式或可移动的机械化工具。电动工具具有结构轻巧、携带方便、操作简单、功能多样、安全可靠等特点，可以大大减轻劳动强度提高工作效率，实现手工操作机械化，因而被广泛用于建筑、住房装潢、汽车、机械、电力、桥梁、园艺等，并大量进入家庭。电动工具大都是手持进行操作 ，因此除了要求电动工具有较高的性能外，还要求电动工具轻巧 、操作舒适 、功能多样 、对操作者和环境没有危害。电动工具在操作使用时,对人体影响较大的有电气安全,噪声、振动、电磁干

7、扰、粉尘等。产生的噪声会对人体造成很大的伤害，噪声主要影响人的精神活动，使人精神紧张、易怒、疲劳。如果噪声太大,有可能引起听力下降,甚至伤害。噪声已成为一种“工业危害” ,引起国内外的高度重视。噪声强度在130dB以下对人们短时间作用的影响,主要是干扰人的工作、休息和言语通讯。130dB以上的噪声可引和鼓膜伤害等。165dB以上的强噪声除使耳朵鼓膜穿孔外,还可导致人体的其他伤害。耳朵短时能忍受强噪声的临界值上限是140dB,表1.2给出人体耳朵能忍受强噪声的安全限值。长期工作在8590dB的噪声里，会造成操作人员听力损伤，还可能导致睡眠不足等症状。较长时期工作、生活在100dB以上的噪声环境里

8、，有可能引起暂时性耳聋或永久性耳聋。 表1.2 人耳能忍受强噪声的安全值 耳朵无防护 耳朵有防护 噪声声压级 （dB）最大允许暴露时 间 噪声声压级 （dB）最大允许暴露时间 108 120 130 1351h5min30s<10s 112 120 132 142 147 8h 1h 5min 30s 10s 在电动工具中由于齿轮侧隙的存在，在啮合过程中会引起周期性的加速分离或加速啮合，导致齿与齿之间的撞击，引起齿轮振动并产生噪声。面对这一现状，结合所学知识，本文对一电动往复锯的噪声进行了测量，并对噪声特性进行了分析，根据分析结果对其降噪措施进行了分析研究。 2 试验设备与测试仪器2.1

9、 试验设备本试验的试验设备为一电动往复锯，如图2-1所示，为得伟集团有限公司生产，型号为DC385，行程长度为28mm，具有优异的切削性能，电机具有大功率输出与超强过载保护，电动往复锯的性能能参数见表2.1。 图2-1 试验用电动往复锯 表2.1 电动往复锯性能参数电池18v额定电压220v适用范围钢材 铝材 木材 塑料空载速度0-3000rpm产品重量3.72Kg行程长度28mm电子制动有2.2 试验测试仪器噪声的测量方法主要有：声级计法、测量传声器法、声测量仪法和自动测量仪法6。本次测试采用的是声级计法。选用的噪声测试仪器为HS5670A型积分平均声级计（如图2-2所示），测量电动手锯附近

10、三个点的噪声值，取平均值作为噪声值，可以减少随机误差。同时，测量多个点的噪声值还能比较不同位置的噪声情况，有利于后续的噪声分析。 图2-2 积分平均声级3 噪声特性分析从电动往复锯内部结构分析噪声产生的原因，采用频谱分析的方法对电动手锯的主要噪声源进行诊断，根据频谱分析结果，如果测试得到的噪声过大，超出了标准规定，则采取相对应的降噪措施；如果测试得到的噪声值在标准规定的范围内，则分析该设备在设计时采用的噪声控制技术。本文的测试是在电动往复锯空转的工作状态下进行的。3.1噪声产生的原因如果把降低电动往复锯的噪声措施追溯到场的物理效应，从加工过程开始观察，任何机械系统都是声波源，所以说声波是物体机

11、械振动的结果。而物体的振动除与频率有关外，还与物体本身的固有频率和其结构的振动形式有关。就现在大多数往复式的电动工具而言，工具的最高空载转速可达1000r/min以上，通过它的结构情况来分析噪声和振动源： 1）电磁力电磁力作用在定子与转子间的气隙中，其力在气隙中是旋转的或是脉动的，力的大小与电磁负荷、电机有效部分的某些结构和计算参数有关。电磁噪声产生的原因较为复杂，目前一般的看法是：电机气隙中电磁场产生的电磁力波，激起电动工具外壳振动，从而引起噪声的辐射。当激发振动的频率与外壳结构刚性发生共振是，噪声显著增大。电机中有齿和槽，由于电枢磁导的变化而引起相互干扰的谐波，这些电磁力波产生的噪声尤为刺

12、耳。2) 滚动轴承滚动轴承产生的噪声和振动的强度因素是：轴承的制造质量；与轴承配合的加工精度有关；和轴承盖的振动声响度有关。另外，轴承的密封不良会影响到振动频率。通常有缝隙的密封会引起低噪声级与振动的增加；在摩擦式密封的情况下，大的过盈和缺乏润滑脂，振动也会增加。轴承噪声一般在80dB( A )左左右,发声频率在1K16 K Hz ,而声音尤为突出频率在2K16K Hz范围之间,是一种刺耳的尖叫声。3) 风路这个噪声源的强度与电机的风扇和通风道的设计好坏有关。因为电动工具需要合理选择冷却空气经风道中各个的结构形式和几何尺寸，以及合理选择通风风路中各段的允许风速。4） 转子的机械不平衡性转子的机

13、械不平衡能产生显著的振动，最常见的是动不平衡，如图3-1所示。在转子动不平衡时，不平衡离心力偶在两轴承座上产生大小相等而相位相反的振动。 图3-1 转子动不平衡示意图 5）电刷和换向器之间的摩擦也会产生高频噪声。由于电机所产生的的通风噪声、齿轮与轮齿之的撞击噪声以及轴承的噪声等等远远大于电刷和换向器之间的摩擦噪声，所以一般认为电刷和换向器之间的摩擦噪声不是主要的。 6）齿轮引起的振动和噪声。齿轮噪声是啮合过程中齿与齿之间的撞击与摩擦产生的。齿轮的噪声是齿轮在传递力矩过程中轮齿与轮齿之间的相 互撞击,通过减速箱的传递与辐射而产生的,一般在80dB( A )左右。一般齿轮噪声的频率在2K4K Hz

14、之间,最高峰值在4K Hz。尤其对小模数高转速的齿轮来说,要降低齿轮噪声,的确不是一件容易事。 通过以上多种因素分析，电动往复锯在转速较高时锯割工具，并以弹性变形、振动、碰撞、摩擦等为特征，所产生的力和加速度，这些都会造成系统振动和引起不正常的噪声。3.2噪声测试点的选择与噪声频谱分析（1）噪声测试点的选择考虑到试验所选的电动手锯的具体结构，本文采用取3点测试值的平均值作为电动手锯的噪声值。测试点选择分别为电动手锯的前面、上面、侧面，分布图如图（3-2、3-3 、3-4）所示，噪声测试仪距离电动往复式手锯各面的距离约在10厘米。图中A、B、C三点为噪声测试点。从测试结果可以发现，三个点的值相差

15、不大，但也存在一定的区别。 图3-2测试点A（正前方） 图3-3测试点B（后面）图3-4测试点C（左侧面） （2）噪声频谱分析测试时将已校准的噪声仪分别调到A、C声级档和lin线性声级档，测量下表中各频率段（1/1倍频程下）的噪声值，测量的各位置的噪声值的平均值统计如表3.1、表3.2所示。 表3.1 A、C声级档和lin线性声级档的测量值 频率/Hz位置A声级档C声级档Lin线声级档A点/dB81.079.381.4B点/dB86.586.987.8C点/dB89.388.288.5平均值/dB86.0 84.885.9表3.2 各频率段的测量值 频率/Hz位置31.563125250500

16、1k2k4k8k16kA点/dB58.255.047.144.956.963.671.369.860.852.4B点/dB59.646.649.440.954.464.568.773.463.256.2C点/dB47.556.845.841.761.665.475.181.263.956.1平均值/dB55.152.847.442.557.664.571.774.862.654.9一般来说，噪声级仅反映了噪声的强度(声压的大小)，而人耳对复合噪声的主观感觉不仅与声压和频率有关，而且还和噪声的频谱有关。因此，频谱分析对噪声控制和分析噪声性质是十分重要的，有了频谱图，就可以清楚地标示出噪声的各个频

17、率成分和相应的强度，通过频谱分析，就可以判别各零部件在噪声产生中的作用，以及噪声能量在整个频率范围内的分布情况及其特点，从而为技术改进、降低噪声找出目标。因此根据上述两表的测量结果，绘制出电动往复锯噪声的频谱图，如图3-5所示。 图3-5 电动往复锯噪声频谱图由上述频谱图可以看出，电动往复锯的最高噪声基本集中在高频段，从31.5Hz到250Hz之间的有一段下滑趋势，之后又有一小段回升，在4KHz处达到峰值后，又有一段下滑趋势。根据国家标准GB 3883.11一2005手持电动工具的安全规定，电动往复锯正常工作的噪声限值如下图3-6所示。统计测量结果可以发现，其最大A声级值为89.3dB，其值不

18、超过标准中要求97dB。图3-6 电动往复锯噪声限值测试的结果是正常的，一般情况下，国内电动工具制造商对产品的噪声防治十分重视,在产品设计和制造工艺中已经采取各种措施降低噪声,并在产品标准中根据不同规格规定了相应的噪声限值，所以其噪声值不会超标。随着科学技术的不断发展 ，电动工具作为人手延长的工具，在国民经济和人们生活中将发挥更大的作用，电动工具的噪声大的问题也会得到更好的方式解决，从人体工程学的角度出发，从研究人的生理和心理出发,探讨适合人的使用角度，设计出更具人性化的电动工具，做到不影响环境，不影响人体健康。4 降噪措施分析试验所用的电动往复式手锯的噪声没有超过标准规定的声压级，说明设备在

19、设计和使用时已经进行的一些降噪措施。下文将分析该设备可能使用的一些降噪措施，以及提出一些其他的降噪措施来进一步降低微波炉的噪声。4.1减少振动和降低噪声的控制措施 对于往复式电动工具的振动和噪声控制,各企业都有一定的经验。为了使产品更好地满足使用者的需求,我们在计、制造、装配中必须加强分析涉及到各个零件振动源而产生的噪声,必须在操作实践 中逐个地检验这些措施。本着考虑产品经济性,力求降低所有局部声源的振动和噪声值。1）转子加工中采用对称绕组,转子轴需改善弯曲扰度造成的变形,绝缘处理的滴漆量做到定量化,保证滴漆均匀。还要适当提高绝缘等级,以保证一定的耐热度。在做转子动不平衡时要保证补偿质量要对每

20、个平面分别确定,从适度提高转子的动平衡精度。转子制造工艺特别重要,在制造过程中应使旋转着的绕组非常坚固同时设计计算转子的临界转速也有特别重要的意义,以保证临界转速远离工作转速。2）要降低通风噪声，可采取以下措施：风路设计要合理，在以最小限度风量满足电机散热要求,从而缩小风扇的直径；电机负载特性曲线设计得硬一点,在确保工具温升的情况下,使电机空载转速降下来,最好负载转速为空载时转速的60%以上；由于双重绝缘电动工具的壳体材料绝大多数选用聚碳酸脂,刚性较差,易产生激振而使噪声提高。所以工具的壳体材料宜选用异种材料,减少共振机会；空气流道尽可能做得光滑,避免流道截面的急剧变化。3）要解决电动工具齿轮

21、的啮合噪声，在不提高精度的基础上，注意以下几点：提高齿坯精度，减少齿间误差，增加总的啮合系数；保证齿轮箱的尺寸精度和刚度(特别是塑料壳的齿轮箱),理选择齿轮传动之间中心距尺寸,确保齿轮传递力矩平稳；降低主轴齿轮的线速度和大小齿轮的齿数选用质数；根据等强度原理,对传递力矩的二只齿轮选用不同的材料或采用不相同的热处理后的齿面硬度；防止齿形表面的磕毛碰伤,并注意装配质量。4）要降低轴承噪声，不能单独依靠选用低噪声轴承，提高产品的成本解决，轴承配合精度最好在原有的基础上提高一级,尽可能保证轴承的最小游隙在0.008毫米以上。轴承滚道不断续。装配时不要损伤轴承的机体。 5）电刷与换向器的合理匹配对控制噪

22、声有利,主要是如何防止产生高频噪音,这对电磁兼容也是有利的。对于电刷噪声控制：提高换向器表面粗糙度；合理地调整电刷与刷握之间的间隙和电刷压力的大小。4.2吸声材料的使用在适当部位采用新型降噪材料如阻尼材料、吸声材料。例如将吸声材料包在电动往复锯机壳外来降低噪声，对此，本文选取了玻璃纤维棉和工业毛毡两种吸声材料来进行测试，用以研究这两种材料的吸声性能，最后综合材料的性能和价格选取所需的吸声材料。测试使用丹麦BK公司的驻波管测试仪（如图4-1所示）。图4-1 驻波管测试仪（1）玻璃纤维棉：尺寸为直径100mm、厚度36mm、质量为10g的圆柱形，其吸声性能如图4-2所示。从图中可以看到玻璃纤维棉在中高频段的吸声性能较好。图4-2 玻璃纤维棉吸声系数变化曲线 （2） 图4-3为所测得的矿物棉在不同频率下的吸声系数。从图中可以看到矿物棉在中高频段的吸声性能也较好，但在高频段吸声系数有所衰减。4-2 工业毛毡吸声系数变化曲线从以上两种吸声材料的测试结果可以看出，材料在高频段都具有较好的吸声性能，在相同条件下，玻璃纤维棉的吸声性能最好，而玻璃纤维棉的价格较低，可以考虑使用玻璃纤维棉作为吸声材料。5 总结 随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，电动工具将越来越普及到社会及各个家庭中，噪声问题也就越来越突出。但我国