机床噪声的分析及降低噪声的途径

发布时间：2013-07-03 浏览次数：500

　　摘　要：根据机床设计中的噪声指标要求，分析了机床产生噪声的各种原因，提出降低噪声的途径，及防范措施， 为机床设计提供参数。介绍了衡量机床噪声的指标及机床产生噪声的各种原因，并且提出了降低噪声的相应措施。 
　　关键词：机床噪声；声压级；齿轮；噪声
　　0　引言
　　机床噪声是机床运转时发出的各种不同频率和声强声音的无规律杂乱的组合。噪声对健康和生产安全的影响很大，干扰语言通讯，使人心情烦躁，引起神经系统和心血管系统的疾病，甚至造成耳聋。噪声已在世界范围内被列为公害。随着机床向高速大功率方向发展，噪声也越严重。降噪、保护环境，是机床研究、设计、制造工作的重要任务之一。噪声大小，又是评定机床技术水平的综合指标之一。
　　1　衡量噪声的指标[1] 
　　声音是由物体的振动产生的，在弹性媒质中传播的机械波。声音大小，可以根据三个指标衡量：1）声功率；2）声强；3）有效声压（简称声压）。对于一种声音，声功率总是一定的。因此声功率级是衡量噪声大小的客观标准。但是，声波传播的越远，声强和声压也越小，听起声音来也就越轻。用声强级或声压级来衡量噪声，符合人的感觉。由于声功率级和声强级难以直接测量，所以一般情况下都以声压级来衡量声音的大小。但是必须规定测量处到声源的距离和环境噪声。以下所说的噪声大小，指的都是声压级。
　　规定机床噪声标准时，必须符合实际情况。测量噪声的位置，应反映该噪声源对周围环境的影响：要排除反射声和环境噪声对测量值的影响。为使测量值反映噪声对周围环境的影响，规定以离地面1.5m，距机床外廓1m处的包络线上，每隔1m确定一点进行测量，并以各点所测得的噪声Z大值作为机床噪声。为使仪器所测得的值符合人耳的感觉，如果测的是声压级，应该选用A网络（在声音测量中设置了“计权网络”A、B、C。A网络则对1000Hz以下的中、低频作了衰减）为排除反射声的影响。按照JB2278-78《金属切削机床通用技术条件》的规定，机床噪声的容许标准应是：高精度机床应小于75dB（A）；精密机床和普通机床应小于85dB（A）。
　　2　机床产生噪声的原因和降低噪声的途径
　　机床噪声主要来自下列方面：1）机械噪声。如齿轮、滚动轴承、联轴节和其它传动件的噪声。2）液压噪声液压泵、溢流阀等的噪声。3）空气动力噪声。电动机风扇等的噪声。4）电磁噪声。各个噪声源又是相互影响的。它们的互相影响会使噪声加大，特别是共振。
　　2.1 机械噪声
　　例如车床、铣床、钻床等，机械噪声是主要的。 
　　1）齿轮噪声）。 对于齿轮较多的机床来说，齿轮是主要的噪声源。又以高速度重负荷的齿轮噪声为Z大。运转中，由于渐开线齿轮的特点，轮齿受力后的弹性变形和制造误差，会使齿面间发生摩擦和敲击，转一齿就发生一次。这是产生噪声的内部原因。任何齿轮都有误差，在误差中，主要是工作平稳性误差和接触误差。齿轮的各项误差对噪声的影响都与线速度有关。角加速度越大，噪声也越大。控制齿轮噪声的内部原因：（1）减少齿轮啮合对数，主轴传动系统尽量简化，使传动链内的齿轮尽可能少。高速传动时，更应使传动路线尽量短，不参与工作的齿轮应脱开啮合，避免齿轮高速空转，达到减噪减热。（2）适当降低齿轮线速度，据实验，齿轮的线速度降低一半，噪声可降低6dB（A）。传动设计时，尽量少出现线速度超过1012m/s的高速齿轮，不要出现过大的升速传动比。（3）选择齿轮的精度和加工方法中，以工作平稳性误差和接触误差对噪声影响Z大。所以动力齿轮的这两项精度应比运动精度高一些，至少应不低于运动精度。侧隙对降低噪声是有利的，因在发生啮合干涉时，可使被动轮齿有后退的余地，因此应有侧隙。如果需要小侧隙或无侧隙啮合时，齿轮精度应该提高。（4）把轮齿制成鼓形。直齿轮的轮齿，虽然理论上是线接触。实际上由于存在齿向误差、安装误差、轴的弯曲变形，接触情况不很理想。如果轮齿做成鼓形（齿面中间微凸），则对齿面的少量倾斜就不敏感了。（5）适当限制齿轮直径。（6）适当控制重合系数和轮齿修缘。（7）提高齿轮的刚度和增加阻尼。 
　　2）轴系的弯曲和扭转变形，轴承、箱体的弹性变形。箱体孔及孔中心距的误差等对噪声都有影响。因此，降低噪声还应注意其外部原因：（1）必须保证传动轴有足够刚度。（2）必须保证箱体孔的精度。（3）必须保证箱体有足够的刚度。（4）锥齿轮副必须保证锥顶共点。
　　3）滚动轴承也是机械噪声的重要来源。滚动轴承的游隙，轴承内圈滚道不圆，外圈在轴承孔中的振动与轴承孔碰撞，都是滚动轴承噪声的来源。控制轴承噪声，应从以下着手：（1）合理选择轴承的精度。（2）控制轴颈和箱体孔的形状误差。（3）尽量采用球轴承，尽量少用圆锥滚子轴承。（4）轴承间隙应适当调整或预紧。（5）轴承孔附近的箱壁应适当加厚或加筋，以减少薄壁振动。
　　4）其它的机械噪声，例如皮带、断续切削、弹性联轴器都有可能带来机械噪声。
　　2.2 液压噪声， 
　　机床上常用的齿轮泵、叶片泵、柱塞泵，输出油压都是脉冲的。压力油在液压泵出口处附近的振荡，就是液压泵噪声。溢流阀阀芯的振动，也会产生噪声。设计油箱时，要注意避免油泵吸入空气而生噪声。可改变管道的长度以避免共振，设计管路时要合理地避免90°急转弯。 
　　2.3 空气动力噪声 
　　空气动力噪声主要来自电机噪声及其自冷却风扇。可用隔声罩把电机罩起来，罩内贴泡沫塑料等吸声材料，并在进出气口处安装消声器。
　　3　结束语
　　机床设计过程中，应该重视降低噪声的措施。目前，机床用户特别是国外用户，对机床的噪声指标提出了越来越高的要求，不仅要求机床的噪声声压级要低，而且对噪声的质量也提出了更严格的要求，即所谓“声音悦耳”就是要求机床在运转时少产生杂声。应该不断改进、完善产品的设计。尽量将机床噪声降低到Z小，并争取达到“声音悦耳”。
　　参考文献
　　[1]机床设计手册编写组.机床设计手册第三册[M].北京:机械工业出版社,1986.