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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于LabVIEW的车床噪声源识别虚拟仪器设计 姓名：梁军鹏 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：金建新 20070128 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 对于主传动链为齿轮传动的普通车床，主轴箱齿轮啮合噪声是导致车床噪声声压 级超标的主要原因，长期以来，由于传统的噪声测量仪器不仅价钱昂贵，而且专业技 术要求比较高，使用起来比较繁琐，效率很低，所以为了降低成本，一些车床厂家主 要靠工人的耳朵来进行噪声源的识别。实践证明这种方法不仅效率很低，而且无法判 断准确。因此，迫切需要找
2、到一种经济、快捷、科学、准确的识别方法来进行噪声源 识别。近年来，计算机技术的迅猛发展使得虚拟仪器技术得到了普遍应用。本文围绕 车床噪声源识别虚拟仪器的设计做了以下工作： 首先，在广泛阅读和深入总结国内外相关文献资料的基础上，从理论上对车床噪 声源的识别进行了研究，分析了车床噪声的组成及其产生机理，对齿轮噪声源识别的 基本原理和方法进行了研究。 其次，将虚拟仪器技术引入到车床噪声测试和分析领域，先后选择和设计了虚拟 仪器的硬件和软件。在硬件方面，选用普通的麦克风作为传声器，利用个人计算机自 带的声卡代替专用的数据采集卡；在软件设计方面，提出使用在计算机辅助测试领域 广泛采用的美国 NI 公司的
3、 LabVIEW 作为本虚拟仪器软件部分的开发平台，开发了一 套能实现噪声信号的采集、存储、时域波形显示、功率谱分析和峰值频率自动显示等 功能的虚拟仪器，并完成了该虚拟仪器前面板的设计。 最后，用设计的虚拟仪器对 CL6240 型马鞍车床进行了噪声测试和分析，实验证明 该虚拟仪器能准确识别车床的主要噪声源，能满足车床噪声信号的测试和功率谱分析 的需求，为在机床噪声控制领域广泛采用先进的虚拟仪器测试和控制技术提供了理论 和实践依据。 关键词关键词：车床 噪声源识别 虚拟仪器 LabVIEW 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abs
4、tract To the common lathes, their main drive parts are gears, the headstock gear-joggling noise is the main reason which results the sound pressure goes beyond the standard. Not only the traditional noise measurement instruments are very expensive but also they are too professional and difficult to
5、use for some workers. Formerly, some lathe factories distinguish the gear which brings the greatest noise depend on the workers ears. The practice bears out that not only its efficiency is very low, but also it is always wrong. So, it is very exigent to find an economical, fast, scientific, exact me
6、thod to identify noise source in the lathe. Recently computer technology develops very quickly and it makes Virtual Instrument (shortly: VI) technology has a universal application. Around how to design a VI to identify noise source in the lathe, this thesis have done the following works: Firstly, on
7、 the basis of looking up the concerned technical literature and data both domestic and abroad, this thesis studies how to identify noise source in the lathe in theory. It also analyzes what the buildup of the lathe noise is and how the noise works, and it also carries out the research about the meth
8、ods and essential principle of identifying the gear noise source. Secondly this thesis introduces the VI technology to perform the testing work. The thesis discusses how to choose the hardware and software of this VI. About the hardware, the thesis advises using ordinary microphone as sound sensor,
9、takes the sound card of the personal computer as the simple DAQ (Data Acquisition) card. About the software, this thesis suggests using LabVIEW which issued widely in computer aided test field by the American National Instruments Corporation as the basic software program. It performs a group of prog
10、ram to carry out collecting and storing the noise signature, showing and taking the power spectrum analysis about it and designs a front panel for this VI. At last, we carry out some noise tests and analysis on the CL6240 saddle lathe using this VI. The test process proves that this VI is fit for te
11、sting and identifying noise source in the lathe. Keys words: Lathe, Noise Source Identification, Virtual Instrument, LabVIEW 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用
12、授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 概述概述 1.1 课题的来源和意义课题的来源和意义
13、1.1.1 课题的来源课题的来源 本课题来源于华中科技大学机械学院与浙江兰溪联强机床制造有限公司的合作项 目。 1.1.2 课题的意义课题的意义 近几年来，车床噪声的测试受到了众多车床厂家的格外重视。车床噪声的大小被 列为评价其质量优劣的指标1，并直接影响其经济价值，减小车床的整机噪声能提高其 市场竞争力。开展车床噪声研究意义重大，主要表现在以下几个方面：通过比较同类 但不同设计，或设计相同但生产方式不同的车床所产生噪声的差异，可以为改进设计 和生产工艺或确定生产和设计规范提供重要依据；对车床噪声进行分析，找出导致噪 声超标的主要原因，可以采取有效的降噪措施，使其噪声符合规定要求；测量车床附
14、近工作环境的噪声强度，以确定环境噪声是否符合工业企业卫生标准2，是否需采取降 噪或保护措施，以保障工作人员的健康。 CL6240型马鞍车床是浙江兰溪联强机床制造有限公司的重点产品，该车床采用分 离传动，正反转各12级，转速范围为321500r/min，主电机功率为5.5kW，使用可 靠、稳定，作为该公司的主打产品被出口到很多国家。一直以来，为了使该车床的噪 声值达到出口的标准，该公司在这方面做了大量的工作。通过实际观测，该公司技术 人员发现车床主轴箱齿轮啮合噪声是影响车床噪声声压级超标的主要原因。但是，车 床主轴箱中的齿轮一般都有十来个，任意一级主轴转速下同时啮合的齿轮也有好几 对。每当车床噪
15、声声压级超标时，工人经常靠耳朵的听力辨别是哪对齿轮噪声大3 4。 而实践证明这是无法判断准确的，经常因错误判断造成多次拆卸齿轮，浪费了许多人 力和时间，耽误了车床产品按时出厂。因此，采用科学的噪声源识别方法，高效准确 地识别车床噪声源有着极为重大的意义。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.2 国内外车床噪声研究现状国内外车床噪声研究现状 噪声控制是随着近代工业的发展而产生的一门新兴学科。根据研究范畴来说，可 分为机床噪声、交通噪声、建筑噪声等若干分支，它们之间有着相互联系的内容，又 有自身的一些特点，如机械制造行业中的机床噪声
16、，就其控制而言，与其他噪声一 样，除需要采用吸声、隔声、阻尼等常规处理技术外5，更需要对机床噪声的成因进行 一些必要的分析，以便对症下药寻找治理措施。 降低和控制车床的噪声是车床专业设计人员的主要任务之一6，因为只有专业人员 对车床最了解、最熟悉，在分析出车床噪声发生的原因之后，才能根据研究结果提出 必要的改进措施，如零部件的改进设计，新材料的选用，加工精度的确定，直至总体 方案的变动，工艺过程的改革等7。因此，为了解决噪声污染问题，研究设计出低噪声 的车床产品、低噪声车床加工工艺流程等日益受到车床生产厂家的重视。 工业比较发达的国家，对机床噪声的普遍关注是从二十世纪六十年代开始的5，随 着机床功率的加大和转速的提高，机床噪声问题就显得突出起来，我国对机床噪声的 研究是从二十世纪七十年代开始的。为推动机床噪声控制工作的开展，规定了金属切 削机床和锻压机床等设备的噪声标准，并将其列为机床产品的验收项目之一8。 国际噪声控制工程学会在1981年召开的一次国际年会上，大会主席提出了设
