1、機械裝備設計實驗指導書天津理工大學機械工程學院先進制造實驗中心2005年7月修訂實驗一 機床噪聲聲級和頻譜分析實驗一、實驗目的1分析機床噪聲源及其產生原因，2了解降低機床噪聲的措施：3學習機床噪聲測量方法及有關儀器的使用。二、實驗工作原理 構成機床和其它機械的零部件，大多數是存在相互運動，運動時伴隨著振動。在機床中如果發生了振動，不僅影響加工質量，刀具耐用度以及機床的精度保持性等，而且還會因振動而產生噪聲聲學現象實質上就是氣體、液體或固體介質的質點一系列力學振動過程的表現。機械振動在介質中按一定速度傳播的過程稱為機械波。振動頻率在聲頻范圍內的機械波稱為聲波。聲波在傳播過程中，介質的質點僅在其平

2、衡位置附近來回振動，不隨聲波的運動而傳播開去。聲音強弱變化范圍很大。對于頻率為1千赫的聲音，正常人耳剛剛能聽到的最低聲壓，即聽閾聲壓，約為2*10-5Nm；而使人感到疼痛難忍的聲壓，即痛閾聲壓，約為20Nm2。從聽閾聲壓到痛閾聲壓，聲壓的絕對值相差100萬倍。使用聲壓的絕對值來表示聲音的強弱很不方便，通常用聲壓級來代替聲壓，聲壓級的數學表達式為：式中： Lp聲壓級 (分貝)；P聲壓(牛頓米2)；P0基準聲壓(Po=2*10-5牛頓米2)。采用聲壓級后，由聽閾到痛閾聲壓變化范圍，縮小為0至120分貝的變化范圍?！敖饘偾邢鳈C床通用技術條件” (JB2278一78)第50條指出，“機床運轉時不應有不

3、正常的尖叫聲和不規則的沖擊聲。機床噪聲的測量應在空運轉條件下進行，噪聲級不得超過下列規定：高精度機床75dB(A)，精密機床和普通機床85dB(A)”。 測得的聲壓級是包括機術本身和本底噪聲的總聲壓級。為了確定機床本身的噪聲級，應從總聲壓級中減去本底噪聲的聲壓級。設總聲壓級為Lp，由得： 上式可改寫為下列形式： 在噪聲控制中，主要研究頻率在20到20000赫之間的可聽聲。為了方便，常把這樣一個寬闊的頻率范圍劃分為幾個小頻段，也就是通常所說的頻帶和頻程，若將20到20000赫的頻率范圍，按頻率倍比關系劃分，每個頻帶的上限頻率和下限頻率相差一倍，這種頻程稱為倍頻程。倍頻程用其中心頻率表示，目前通用

4、的倍頻程，其中心頻率為31.5，63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000赫。在噪聲測量中一般只使用63到8000這8個倍頻程。 為了確定聲源發出噪聲頻譜特性，需進行頻譜分析。分析噪聲源頻率的組成和相應的強度，為噪聲控制和低噪聲結構設計提供依據。 人耳對聲音強弱的主觀感覺，不僅與聲壓有關，而且還與聲音的頻率有關。用響度描述人耳對聲音的主觀感受，國際標準化組織1936年決定采用1000赫純音作為標準參考純音。調節1000赫純音的聲壓級，使它和所礫究的聲音聽起來一樣響，則這個1000赫純音的聲壓級就是該聲音的響度級，單位為方；例如一個聲音聽起來和聲壓級為80分

5、貝，頻率為1000赫的標準純音一樣響，則這個聲音的響度級就是80方。 利用與基準聲音比較的方法，可以得到整個可聽頻率范圍內的純音的響度級，即等響曲線。聽閾曲線為3方廣痛閾曲線為120方 為了簡便地描述人耳聽覺的主觀感受，在等響曲線中選擇了三條曲線：一條是40方曲線，代表低聲壓級的響度感覺，一條是70方曲線，代表中等聲強的響度感覺，另一條是100方曲線。代表高聲強的響度感覺在聲聲級計中相應設置了A、B、C三個計權網絡：它們使所接受的聲譽按不同頻率分別有不同強度的衰減A、B、C三個計權網絡特性曲線，分別對應于倒置的40方、70方和100方等響曲線。 A計權網絡對高頻敏感，這與入耳對噪聲的主觀感覺一

6、致。用A計權網絡測得的噪聲的聲級叫A聲級，記作dB(A)。近年來基本上都采用A聲級來評價噪聲 三、實驗用的設備和儀器 1CA6140型普通車床 CA6140型昔通車床在床面上最大加工直徑為400mm主電動機功率為75KW，主軸轉速：正轉24級，101400轉分，反轉12級，141580轉分。 正轉時六個轉速450、560、710、900、1120、1400轉分是由主軸通過齒輪6350直接驅動主軸，其余18個轉速通過背輪機構獲得。2ND2型精密聲級計和倍頻程濾波器 ND2型精密聲級計由電容傳聲器、放大器、衰減器、計權網絡、均方根檢波電路和電表等組成精密聲級計的工作原理是電容傳聲器將聲壓波動訊號轉

7、換成為相應的電壓訊號，經過放大器放大，再通過計權網絡，被送到近似有效值檢波電路檢波，并由電表以“分貝”指示，因此電表讀數為有效值。該聲級計的讀數范圍為30一130分貝，表頭本身有一10分貝到十10分貝的讀數，并且有10分貝一檔的波段開關，故聲級計的讀數為波段開關的指示值加上表頭讀數，電表的阻尼特性分快、慢、兩檔，快檔用于測量聲壓隨時間起伏不大的噪聲，當噪聲起伏大于4分貝時用慢擋。四、實驗步驟、方法和注意事項1實驗前的準備工作 (1)熟悉實驗指導書和有關內容； (2)熟悉精密聲級計的使用方法和操作程序； (3)了解CA6140型普通車床主傳動系統、傳動路線、主要結構和操縱手柄的位置與功用； (4

8、)明確實驗進行的步驟、分工和實驗中應注意事項。 2測量條件和測點安排 為了避免反射聲對測量結果的影響，被測機床周圍不應放置障礙物，被測機床與墻壁距離不得小于2000mm(我實驗室暫不具有此項條件)。傳聲器應面向機床噪聲源，并與水平面平行。傳聲器距離地面高度為1500mm，距機床外形輪廓為1000mm，測點；應多于5點，以各測量點中測得的最大讀數值作為該機床的噪聲聲壓級。 3檢查精密聲級計電池電力 將長六邊形開關放置于“電池檢查”位置經過30秒鐘后指示燈發紅色微光，由電表指示檢查電池電力，電表指針應指示在紅線范圍內，若指針處在紅線外，則表示電池電力不足，應更換電池。檢查后將開關放在“快”或I“慢

9、”聲級計即能正常工作。 4校準精密聲級計 使用內部電氣校正信號校正：由于電容傳聲器的靈敏度一般變化不大，在其靈敏度巳知，并假定其不變的情況下，可利用內部電氣校正信號來校正放大器的放大量，即達到校正聲級計的目的校準時將“計權網絡”開關放在“線性”位置，透明旋鈕(輸出衰減器)順時針旋到底，使旋鈕上二條紅線對準面板上黑線，、黑色旋鈕(輸入衰減器)放在“”位置，用起子調節“”電位器，使電表指示在相應于所用電容傳聲器靈敏度的修正值上。聲級計按50mVNm校正，若電容傳聲器的開路靈敏度為50revNmt，則其修正值為0分貝，校正時使指針指在虹線上若電容傳聲器的修正值為十2分貝。則校正時應使指針在紅線以上2

10、分貝即+9分貝處，其余依次類推。5繪出測量位置的草圖6在各個點測量整機噪聲 測量機床噪聲時所有運動部件均應處于運動狀態，按機床主運動正、反向各級轉速在選取中等進給量的條件下，逐級進行測量，(本實驗只測主軸正轉，12級轉速)。 將計權網絡開關置于A位置，而可進行A聲級測量，若此時指針偏轉較小，可降低輸出衰減器(透明旋鈕)的衰減量，但不要降低輸入衰減器的衰減量，以免輸入放大器過載。 讀數時對于恒定的或隨時間變化較小的穩態噪聲，應以觀測時間內表頭指針的平均值讀數為準，觀測時間的長短視噪聲的穩定程度而定，一般為25秒，對于穩態噪聲的偶然變化可不考慮。7倍頻程的頻譜測量 在整機噪聲測量時選取其中讀數值最

11、大的測點為固定測量點，將計權網絡開關置于濾波器位置，轉動下面的頻率分析旋鈕，就可進行倍頻程測量。8實驗數據處理五、實驗思考題 1 機床噪聲產生的原因是什么?2 降低機床噪聲一般采取哪些措施？ 實驗報告學院（系）名稱：姓名學號專業班級實驗項目課程名稱課程代碼實驗時間實驗地點 批改意見成績 教師簽字：實驗內容實驗一 機床噪聲聲級和頻譜分析實驗一、實驗目的二、實驗設備三、實驗步驟四、實驗數據處理 1以轉速為橫坐標，聲級dB(A)為縱組坐標，作轉速一聲級曲線；2以頻率為橫坐標，聲壓級為縱坐標面繪出某轉速下的頻譜圖。機床名稱型號及規格主電機功率KW機床外形尺寸(長X寬X高)mm測量儀器名稱測量儀器型號測

12、點位置示意圖機床主軸各轉速下的噪聲記錄表12345本底噪聲dB(A)機床噪聲實驗數據處理1 轉速一聲級dB(A)2 頻譜圖(n= 轉分)實驗二 金屬切削機床精度檢驗一、實驗目的1 學會測量車床導軌在垂直平面內的直線度和主軸的徑向跳動；2 了解水平儀的工作原理及使用方法。二、實驗的工作原理1 精度檢驗內容幾何精度檢驗是指最終影響機床工作精度的那些零部件的精度檢驗，包括尺寸、形狀、位置和相互間的運動精度（如平面度、重合度、相交度、直線對直線或平面對平面以及直線與平面間平行度和垂直度等）。 工作精度檢驗是通過對規定的試件或工件進行加工、檢驗機床是否符合規定的設計要求。2 導軌精度檢驗為了保證溜板運動

13、方向的精度，首先要控制溜板的運動軌跡偏離理想直線的程度，這取決于導軌在垂直平面內的直線度和水平面內的直線度；其次是控制溜板在運動過程中的傾斜，這取決于兩條導軌在垂直平面內的平行度。直線度誤差是相對于理想直線而確定的，測量時作為依據的理想直線稱“測量基準”，而平定誤差數值時作為依據的理想直線稱“平定基準”。測量基準和平定集準通常都是不重合的，測量時所得讀數值一般并不直接反映導軌的直線度誤差，而必須在測量后再作基準轉換，可用圖解法或計算法進行數據處理。測量基準的位置可以任意選擇，評定基準則按“最小條件”選定，以可使最大直線度誤差為最小的理想直線作為評定基準。具體方法是作一對平行直線包住被測導軌，當

14、這對平行直線之間的距離為最小時，稱為“包容線”，以包容線之間的距離作為被測導軌的直線度誤差。導軌直線度采用節距測量法檢驗。把被測導軌分成等距的若干段。首先選定一段作為測量基準（即儀器讀數的零位）用水平儀或自準直儀等精密測角儀器分別測出各段相對于測量基準的傾斜角。即可計算出橋板兩個支點間相對于測量基準的高度差。3 主軸錐孔中心線的徑向跳動 在主軸錐孔內裝入檢驗棒，將指示器的測頭垂直地觸及檢驗棒的圓柱面，使主軸緩慢地旋轉，測取讀數。三、實驗用設備和儀器1 實驗機床：CA6140型臥式車床2 儀器方框水平儀（0.02/1000）千分表（0.001），磁力表座，橋板（250），檢驗棒（莫氏6號）等。3

15、 方框水平儀的結構及工作原理水平儀是一種以重力方向為基準精密測角儀器。水平儀的主要組成部分是水準管。水準管是一個密閉的玻璃管，內裝精溜乙醚、并留有一定量的空氣，以形成氣泡。測量時當氣泡在管中停穩時，其位置必然垂直于重力方向。當水平儀傾斜時，氣泡本身并不傾斜，反映了一個不變的方向，因而可以作為角度測量的基準。不論水平儀放在什么位置，玻璃管中的液面總是處于水平狀態，氣泡總是向高處移動，讀出氣泡的位置再讀邊緣移動的格數，即可求出相應的高度差。檢測機床精度所用水平儀的分度值4，這個角度相當于1 米長度上對邊高0.02毫米，習慣上用0.02/1000表示水平儀分度值。為了使氣泡能在玻璃管中停穩，并使氣泡

16、的偏移能精確反映水準管傾斜的角度，水準管的內表面就不能是簡單的圓柱面，而必須研磨成精確的弧面。如圖2所示。弧面的曲率半徑決定于水準管的分度值從圖3中可得：a=R 式中：a刻度間隔。一般a=2mm；R水準管的弧面曲率半徑； 水平儀的分度值，每格所對應的偏角。當分度值為4時，R=103627mm；若4取弧度的近似值0.02/1000，則R=100米。測量時水平儀一般都放在橋板上，橋板長度為150-300mm本實驗采用橋板長度為250mm.。例：測量某機床導軌垂直面直線度所用橋板長度250mm，方框水平儀刻度值為0.02/1000，當氣泡向右偏移2格時，試求該段導軌的高度差。水平儀讀數的符號，習慣上

17、規定：氣泡移動方向和水平儀移動方向相同時，讀數為正值；反之為負值。四、實驗步驟、方法和注意事項1 床身導軌在垂直平面的直線度（1）將水平儀連同橋板放在機床導軌上，記下氣泡的位置，然后原地調轉180°看氣泡是否能在原處，否則應調到原處。（2）將床身導軌按橋板長度劃分成若干段，然后把水平儀依次由一段移至另一段，測量各段導軌對某一理想直線的角誤差，一般把水平儀在起始位置時的讀數作為零位，記下每一位置的讀數和符號，填入實驗報告表1。（3）用水平儀進行測量讀數時要注意環境溫度變化對氣泡位置的影響，不要靠近氣泡呼吸。2 主軸錐孔中心線的徑向跳動在主軸錐孔中緊密地插入莫氏6號檢驗棒，將千分表裝在磁

18、力表座上，并將表座附在機床上，使千分表測頭頂在檢驗棒表面上，旋轉主軸，分別在靠近主軸前a 處和距離a 為300mm 的b處檢驗主軸錐孔中心線的徑向跳動。將檢驗棒從錐孔中取出，旋轉180度插入主軸錐孔。按上述主法再檢驗一次，以消除檢驗棒的誤差，將測量結果記入實驗告表格中。3注意事項點的誤并非值分別計算，千分表兩次讀數代數和的一半就是徑向跳動值。此項檢驗應注意主軸內錐孔和檢驗棒的清潔。五、實驗數據處理1按水平儀各測量段計算高度差的公式、計算各段的高度差2繪制誤差曲線a、b根據測量結果，把各測量點的誤差順序標在 坐標圖上，其橫坐標為各測量點的順序；縱坐標為各測量點相對于測量基準的誤差，把這些點連起來，即可得到誤差曲線。3 容線位置的判別準則包容線的位置是按應使其間的坐標距離為最小的原則，即按最小條件的原則來確定。因為通過已知三點就可以做出唯一的一對平行線，所以包容線的位置是由誤差曲線和包容線的三個接觸點來決定。誤差曲線和上包容線接觸的點稱“極峰”，和下包容線接觸的點稱“極谷”。當極峰和極谷的位置符合以下兩種情況之一時，包容線之間的坐標距離為最小。（1）兩個極峰的之間