机械电主轴类毕业设计论文.docx

1、机械电主轴类毕业设计论文机械电主轴类毕业设计论文第一章 绪论1 1.1 本课题研究的意义1 1.2 国内外研究现状2 1.2.1 噪声分析与控制的提出3 1.2.2 噪声分析与控制的发展5 1.2.3 高速电主轴噪声的研究现状6 1.3 本课题研究内容7第2章 高速电主轴振动与噪声的产生和特征92.1 高速电主轴的振动分析9 2.2.1 高速电主轴的基本结构9 2.2.2 高速电主轴工作原理11 2.2.3 高速电主轴振动产生的机理12 2.2 电主轴噪声产生的机理和特征13 2.2.1 电磁噪声产生的机理和特征13 2.2.2 机械噪声产生的机理和特征13 2.2 噪声分析与控制中的声学基础

2、14 2.3.1 声波的产生与声压14 2.3.2 声学波动方程16 2.3.3 声波的能量、声强和声功率20 2.3.4 声级21 第3章 噪声测试技术24 3.1 概述 24 3.2 噪声测量系统25 3.3 声压测量26 3.3.1 声级计26 3.3.2 声压测量中的注意事项26 3.4 声强测量27 3.4.1 声强测量基本原理27 3.4.2 声强测量的误差分析30第4章 高速电主轴噪声的仿真分析344.1 Labview 软件简介344.2 测量点的布置364.3 测量过程374.4 测量结果的仿真分析384.5 结论47 第5章 总结与展望48参考文献 49致谢 52 第一章

3、绪论 1.1 本课题的研究意义 随着现代工业的迅速发展和社会进步，人们逐步认识到，噪声已成为影响最广的一种公害，是四大环境污染之一。噪声是一种声学污染源，它不仅影响人们的身心健康，影响人们的工作休息，而且也是降低工作人员的劳动效率,导致各种事故发生的重要原因。时间久了，噪声除了对人的听觉系统有损伤以外，还对大脑的神经系统、心血管系统及消化系统等均有影响，这称之为噪声的生理效应。 噪声还严重影响工业产品的质量。一般来讲，产品的噪声越大，产品的质量就越低劣，因而其在市场上的占有率就越低。特别是产品的能够直接被用户所感觉到，因而其噪声往往产品生产和销售的关键因素。一般情况下，我们知道，一件产品其加工

4、精度越高，噪声就越低，反之越高。例如，当今的硬盘市场竞争极其激烈，其竞争不仅仅表现在储存量、搜索速度荷稳定性上，在硬盘的噪声方面更是投入了更大的人力和物力。因为，一旦速度提高，随之而来的振动噪声就会增大，而这些烦人的“吱吱”声对于计算机用户来讲，是非常影响思绪和情绪的。所以，多数的顾客在选择计算机时都要求硬盘的噪声小。由于用户的高度重视，各硬盘生产厂家在噪声的控制上花的功夫相当大。而ISO也很早就制定了噪声的标准，我国机械产业很多时候只是注意了功能的实现，往往忽视了噪声、外形等相关技术的发展，所以在国际市场上缺乏竞争力。高速加工于20世纪90年代初期进入工业制造领域，是制造工业史上继数控加工之

5、后的又一项重大创新，它不仅可以获得更大的生产效率,而且还可获得很高的加工质量，而高速加工一个最根本最核心的特点和技术就是实现高速的切削速度，因此高速电主轴单元成为高速加工机床核心部件。高速电主轴作为高速机床的核心部件，也是该机床的主要噪声源。电主轴中电磁噪声和机械噪声是不可避免的，它是反映电机设计和制造水平的重要指标，通过对其空载运转下产生的振动与噪声进行性能预测和实验评价，研究隔振与降噪技术，并依据噪声来辨别和排除机器故障,不仅能保证生产任务完成,还可防止安全事故发生。因此，噪声问题是一个具有极强实际意义的问题。1.2 国内外研究现状 从二十世纪五、六十年代开始，国外一些研究单位和高效就进行

6、发动机噪声的研究工作。目前为止，抑制机构噪声的方法主要通过两种途径：一种是直接对噪声进行控制，一种是通过控制振动，实现对噪声的控制，前者的提出很自然，是最早使用的，它主要分为被动控制和主动控制两种。吸声、隔声等被动控制很早就应用在控制的实践中，1934年德国物理学家 Paul Lueg（18981979）分别向德国、美国提出名为“消除声音振荡过程（Process of Silencing Sound Oscillation）”，标志着噪声的主动控制研究的开端，有源消声（Active Noise Control）开始被研究。1975年N. Lalor 和 M. Petyt 在SAE上发表了作为噪

7、声源的内燃机机构振动模态。1982年，M.F.Russell在文章中对柴油机噪声控制技术进行了论述。于此同时，一些学校和企业也进行了大量的研究工作，英国的南安普顿大学（University of southampton）振动噪声研究所于上世纪七十年代在对一些主要内燃机制造公司生产内燃机噪声测试的基础上，提出了预测柴油机A计权声压级的经验公式，随着柴油机降噪工作的开展，英国的里卡多（Ricardo）公司又对该公式进行了修改。1.2.1. 噪声分析与控制的提出 随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们对各类机电产品和设备也提出了更高、更新的要求。为满足这种需要，目前许多机电系统正向复杂化、高速化及

8、相对重载化的方向发展。伴随着这些发展，随之而来的噪声问题正日益突出。 噪声的危害是多方面的，其中最直接、最明显的表现在于对人的各种影响。噪声严重影响人们的工作效率，长时间的强噪声环境中工作会使听力受到损害，人在较强的噪声环境下暴露一定时间会出现听力下降的现象，但到安静的场所停留一段时间，听觉就会恢复，这种现象叫做暂时性听阀偏移，也叫做听觉疲劳。但是长年累月的在强噪声环境下工作，不断的接收强噪声的刺激，则听觉不能复原，造成永久性听阀偏移，即听力损失。有资料表明：在80dB一下职业性噪声暴露时，一般不致引起噪声性耳聋（并不是指不造成听力损失）；在85dB下可造成轻微的听力损失；在85dB90dB之

9、间，会造成少数人的噪声性耳聋；在90dB100dB之间，造成一定数量人的噪声性耳聋；在100dB以上，造成相当数量人的噪声性耳聋。 除了对人听力的影响外，听力还对人的健康有很大的危害。它直接作用于人的中枢神经系统，使人的基本生理过程失调，甚至还会引起神经系统、心血管系统、消化系统等方面的疾病。此外，噪声还会对 建筑物造成损坏，干扰精密仪器的运转。 噪声的来源是很多方面的，其中电磁噪声和机械噪声是主要因素。电磁噪声是由气隙磁场产生的、作用在定子铁芯上的径向力波引起的。而机械噪声又称结构噪声，是在撞击、摩擦、交变应力等的作用下，机械构件由于振动产生的噪声。目前，在高速加工技术领域广域使用着以电主轴

10、为主体的各种高速机构，它的电磁噪声以及振动噪声构成了机械设备总噪声的一个重要部分。因此，设备电磁噪声以及振动噪声的有效控制对实现机电产品整体降噪具有十分重要的意义。 目前，产品的噪声指标 已经成为衡量其先进性和市场竞争力的主要因素之一。许多国家和国际组织如ISO等都制定了相应的噪声标准。目前，如何对噪声进行有效的控制或如何基于噪声控制设计高性能产品，已成为急需进一步解决的关键问题之一。甚至，下一世纪对噪声的控制技术的研究与应用依然是重要的前沿性研究领域，是实现绿色设计应予以考虑的重要因素之一。1.2.2. 噪声分析与控制的发展 由于理论和科技的限制,很早的时候人们就开始采用被动的方法来进行噪声

11、的控制,即噪声的无源控制。主要有以下几种方法：1. 用吸声方法降低噪声用吸声方法降低噪声的方法是指利用吸声材料和吸声结构来吸收声能，从而控制噪声强度。吸声材料的吸声性能用吸声系数和声阻抗表示。被吸收的声能对入射声能之比定义为吸声系数，即=吸收声能/入射声能 （1-1）吸声系数是衡量材料对声能的吸收量的标准，吸声系数大吸声效果越好，它与材料的物理性质、声波频率及声波射线的入射角有关。任何材料对声波都能吸收，但吸收的程度各有不同，一般密度越小，孔隙越多，吸声性能越好，但如孔隙过大，成为疏松稀薄材料，则吸声性能反而降低。2. 用隔声法降低噪声人们在听到巨大的声音时，就本能的用手捂住耳朵，这可能就是人类最早利用的隔声方法。隔声就是把发声的物体，或把需要控制噪声的场所封闭起来，使其与周围的环境隔绝开来，成为声学上的孤立