用声强法测量齿轮箱的声功率

　　0 引言

　　在世界各国有关齿轮噪声测试的标准中,常用声压级作为齿轮装置噪声特性的定量描述指标,这往往是由于声压级的测量简单易行的原因.但是,声压级的大小常常受测量环境和测量距离的限制,用它来描述齿轮装置的噪声特性有很大的缺陷.因此各国又规定了齿轮装置的声功率测量方法.声功率是噪声指标中的唯一客观量,它能准确地描述齿轮装置噪声的大小.此外,当测定了声功率后,还可计算得到在一定的声学环境中、一定距离的声压级,比较齿轮装置噪声的大小,确定齿轮装置噪声的质量等级,并且为控制齿轮装置的噪声提供依据.因此,用声功率来描述齿轮装置的噪声特性,具有十分显著的优点.

　　然而,目前的声功率测试通常采用声压级测量法,即先测量出测量表面各测点上的声压级,在加入环境修正量后,通过公式计算出声源的声功率级.这种测量方法有很大的缺陷,首先是对环境要求高;其次是对测量距离要求严格;第三是要通过计算才能得到声功率.这些要求限制了声功率在噪声特性描述中的应用.

　　本文用声强法测量齿轮箱的声功率,该法能有效地克服声压法的上述缺陷,对测量环境、测量距离要求低,测量方便、测量时间短,可立即得到齿轮装置的声功率级,并且测量可以在有稳定背景噪声的现场及机器的近场内进行.

　　1 测试基本原理

　　声强是指在某一点上,一个与指定方向垂直的单位面积上在某时间内通过的平均声能.即

式中I--声强;

　　T--足够大的时间间隔或周期的整数倍;

　　p(t)--瞬时声压(Pa);

　　un--瞬时质点速度(m/s).由此可见,声强是声压和质点速度的时间平均积.若表示为方向r上的声强,则有

式中Ir--r方向上某点处的声压;

　　p(t)--r方向上同一点处的瞬时声压;

　　ur(t)--同一点处媒质质点瞬时速度在r方向上的分量.

　　通过双传声器测得瞬时声压后,根据瞬时速度和瞬时声压的关系式则可得到该点在r方向上的瞬时声强.

　　声功率是声源在单位时间内辐射的总能量.用声强法测量声功率时,有扫描法和离散法两种.由于扫描法是连续平均的数学近似,所以理论上其精度较高,但此方法要求声强探头以匀速扫描,且均匀地覆盖各被测表面,实际测试时难以做到.离散法的可重复性较好,精度亦可满足工程需要.本文采用离散法测量声功率.由下式可得到声功率.

式中ΔSi--声强为Ii的测量表面上的面积;

　　Ii--测量表面上面积为$Si处的声强;

　　i--测量表面上测点的序号.