Après être entré dans le domaine de la fabrication d'engrenages et d'arbres, NVH est un terme que je rencontre à plusieurs reprises lors des revues de dessins, de l'analyse des rapports d'essais et des communications avec les clients.Cet ensemble de notes trient systématiquement les connaissances acoustiques de base à partir de zéro.

Lorsqu'une boîte de vitesses génère un bruit anormal ou qu'un client déclare simplement que le niveau sonore est trop élevé, des concepts tels que le niveau de pression acoustique, le niveau de puissance acoustique et dB (A) deviennent inévitables.

Pour être franche, je suis encore en phase d'apprentissage.Il sert de notes personnelles et espère également offrir des références pour les collègues ingénieurs de processus qui traitent des défis NVHLes sources pour toutes les normes, formules et données expérimentales citées sont répertoriées à la fin pour une recherche plus approfondie.

1La nature du son: comprendre l' énergie avant les décibels

Physiquement parlant, le son se réfère à la propagation de vibrations mécaniques à travers un milieu.tandis que le milieu lui-même produit une énergie potentielle de déformation par compression et expansionL'énergie acoustique est la somme de ces deux énergies.

Il existe trois quantités physiques fondamentales progressives liées à l'énergie acoustique, que les professionnels des engins et des arbres doivent distinguer clairement.

Puissance acoustique (W)L'énergie acoustique totale émise par une source sonore par unité de temps.sa puissance acoustique est fixe et ne change pas avec les positions de mesure.

Intensité sonore (W/m2)Pour les ondes planes ou sphériques dans un champ sonore libre: I = p2rms / (ρ0c)

Pression acoustique (Pa)Les fluctuations de pression induites par les ondes sonores, quantité physique mesurée directement par les microphones, le carré de la pression sonore est proportionnel à l'intensité du son.à savoir le flux d'énergie acoustique.

Sur les sites de production de broyage des engrenages, la précision de la surface des dents des engrenages affecte directement les performances NVH des boîtes de vitesses.

Gardez cette relation à l'esprit: le carré de la pression acoustique est proportionnel à l'énergie acoustique.

2Pourquoi les échelles logarithmiques sont obligatoires

Il convient de noter deux faits de base: 1 La gamme de pression acoustique détectable par l'oreille humaine est extrêmement large, allant du seuil auditif de 2 × 10−5 Pa au seuil de douleur d'environ 20 Pa,d'une largeur de 6 ordres de grandeurLa perception subjective humaine du volume sonore suit à peu près une relation logarithmique.

Ces deux faits déterminent que l'acoustique adopte une échelle logarithmique, qui est à l'origine du décibel.La différence critique réside dans les formules de calcul:

Pour les quantités de puissance (puissance sonore, intensité sonore, densité d'énergie): L = 10 · lg ((P / P0)

Pour les quantités de champ (pression acoustique, tension): L = 20 · lg ((p / p0)

La différence de coefficients provient de la règle selon laquelle le carré de la pression acoustique est proportionnel à l'énergie acoustique.Comme l'intensité est proportionnelle au carré de la pression acoustique, le niveau d'intensité et le niveau de pression acoustique sont presque égaux.

Cela conduit à deux propriétés contre-intuitives mais extrêmement importantes: +3 dB ≈ Double puissance sonore (10·lg2 ≈ 3,01) +10 dB = Augmentation de dix fois de l'énergie

L'écart d'énergie entre 60 dB (son de conversation) et 120 dB (son de rock) n'est pas deux fois plus grand; il est égal à un million de fois.Sur l'échelle logarithmique en décibels, l'énergie acoustique s'étend des milliards de fois du seuil de l'ouïe au seuil de la douleur.

3Le même dB, trois significations différentes

Le décibel lui-même n'est qu'un outil de rapport. Sa définition spécifique dépend de la valeur de référence sélectionnée.

Niveau de pression acoustique (SPL)Il répond à la question “Combien sonne-t-il fort à cet endroit”. Lp = 20·lg(prms / pref), pref = 20 μPa. SPL varie avec la distance de mesure et l'environnement environnant.

Niveau d'intensité sonore (SIL)Il répond à la question “Combien est grand le flux d'énergie dans cette direction”. Intensité sonore de référence = 10−12 W/m2.

Niveau de puissance acoustique (SWL)Il répond à la question “Combien d'énergie acoustique émet cet équipement?”. LW = 10·lg(W / W0), W0 = 10−12 W. C'est une propriété inhérente à la source sonore et indépendante de la distance.

Résumé rapide pour la différenciation: le niveau de pression acoustique décrit le bruit que vous entendez; le niveau de puissance acoustique décrit l'énergie totale émise par la source sonore.alors que la SWL reste inchangée.

Les manuels de ScienceDirect fournissent un exemple de conversion intuitif: une source sonore émettant 1 watt de puissance sonore a un niveau de puissance sonore de 120 dB.LW = 10 · lg ((1W / 10−12W) = 10 · lg ((1012) = 120 dB

Les détecteurs de niveau sonore portatifs sont les instruments de mesure du bruit les plus courants sur les chantiers d'ingénierie, et la lecture affichée directement est le niveau de pression acoustique en dB (A).

Une autre référence pratique de conversion: la pression acoustique de 1 Pa correspond exactement à 94 dB SPL. Vous pouvez rapidement estimer la magnitude en lisant les données des rapports d'essai.

4Que signifie réellement une réduction du bruit de 3 dB?

C'est le piège le plus courant que j'ai rencontré pendant l'apprentissage.l'énergie acoustique désigne ici la puissance sonore, intensité sonore ou densité d'énergie, NON amplitude de pression sonore ou volume subjectif.

Dérivé de la définition des décibels: pour une quantité de puissance réduite de 3 dB: 10^(−3/10) ≈ 0,501 → L'énergie est réduite d'environ la moitié. ✓

Pour le niveau de pression acoustique réduit de 3 dB: 10^(−3/20) ≈ 0,707 → La pression acoustique tombe à 70,7% de la valeur initiale.5, l'énergie acoustique représentée par le carré de la pression acoustique est donc réduite de moitié.

Le tableau ci-dessous vérifie plusieurs affirmations courantes:

• Réduction de 3 dB réduit de moitié l'énergie acoustique ✅ Correcte (pour la puissance sonore / intensité sonore / densité d'énergie)
• Une réduction de 3 dB réduit de moitié la pression acoustique
• Réduction de la pression acoustique de 6 dB par moitié ✅ Correcte, 20·lg(0.5) ≈ −6.02 dB
• Une réduction de 3 dB réduit de moitié le bruit subjectif.

Des expériences psychoacoustiques montrent que pour que les oreilles humaines perçoivent le bruit comme réduit de moitié, le niveau de pression acoustique doit être abaissé d'environ 10 dB.Après avoir résumé plusieurs expériences en 1955, Stevens a calculé la valeur médiane que la demi-bruit correspond à environ 10 dB d'atténuation.1 rapport de bruit compris entre 6 et 10 dB.

Par conséquent, si l'optimisation de la boîte de vitesses permet une réduction de 3 dB du niveau de pression acoustique, l'énergie acoustique est réduite de moitié, mais les auditeurs humains peuvent à peine remarquer la différence.Une attenuation d'environ 10 dB est nécessaire pour que le bruit soit réduit de moitié.Cette attente doit être gardée à l'esprit lors des travaux d'optimisation NVH.

5. Implications pour l'ingénierie des processus des engrenages et des arbres

Après avoir appris ces théories, trois enseignements clés sont les plus précieux pour la fabrication pratique d'engrenages et d'arbre.

Perspective 1: Le contrôle du bruit des engrenages est essentiellement un contrôle de l'énergieL'erreur de transmission, la modification du profil de la dent et l'écart de l'envergure de la dent lors du maillage des engrenages provoquent des vibrations du boîtier et émettent du bruit.Si l'optimisation de la modification des dents ou l'amélioration de la précision de broyage des engrenages ne permet qu'une baisse de 2 à 3 dB du niveau de pression acoustique, ne sous-estimez pas ce résultat, l'énergie acoustique a déjà été réduite de moitié.

Cependant, les oreilles humaines ne ressentent pas une amélioration évidente, car une réduction de 10 dB est nécessaire pour réduire de moitié le bruit perçu.la précision de mise en maillage des dents est le facteur critique influençant les performances NVH de la boîte de vitesses.

Perspective 2: Le niveau de puissance sonore sert de véritable spécification de conceptionDes normes internationales et nationales claires définissent la mesure du niveau de puissance acoustique pour les engrenages.

• L'ISO 8579-1 spécifie les méthodes d'essai pour le niveau de puissance acoustique en vol des engins (référence ISO 3744/3746)
• Le produit doit être présenté dans un emballage de qualité supérieure.Spécification pour l'acceptation des engins de pêche Partie 1est adoptée de façon identique à l'ISO 8579-1
• ANSI/AGMA 6025 spécifie également des méthodes d'essai d'acceptation pour la puissance acoustique et le niveau de pression acoustique des engins

Sur les bancs d'essai NVH de la boîte de vitesses, des capteurs d'accélération et des microphones sont disposés pour effectuer des essais de vibration et de bruit.

La norme de l'AGMA indique clairement:La puissance acoustique nécessite l'utilisation de plusieurs microphones et un traitement ultérieur, alors que la pression acoustique est une mesure directe.La mesure de la puissance acoustique est plus compliquée, mais c'est l'indicateur décrivant la source sonore elle-même.

Perspective 3: Passez de la pression sonore à l'énergieLorsque deux sources sonores de 60 dB sont superposées, la valeur totale n'est pas de 120 dB, mais d'environ 63 dB. Les valeurs d'énergie linéaires doivent d'abord être additionnées avant la conversion logarithmique en décibels.

L'addition ou la soustraction arithmétique directe des valeurs de décibels est invalide, ce qui est un piège courant que les ingénieurs NVH doivent éviter.Ltotal = 60 + 10·lg(2) ≈ 63 dB Doublement de l'énergie ≠ valeur de décibels doublée

6Détail technique important: pondération A

L'oreille humaine ne réagit pas de manière égale au son de fréquences différentes. Elle est plus sensible aux fréquences proches de 2 ~ 5 kHz, alors qu'elle est moins sensible aux basses et hautes fréquences.

Pour l'évaluation pratique du bruit, la correction de la pondération de fréquence est appliquée au niveau de pression acoustique.

Les définitions et les exigences de performance pour la courbe de réponse de fréquence de pondération A sont définies dans la norme IEC 61672-1.L'ISO 8579-1 spécifie également le niveau de puissance acoustique pondéré A pour la mesure du bruit des engins.

La plupart des normes de bruit, des limites de bruit environnemental et des indicateurs de bruit des produits que nous rencontrons quotidiennement adoptent un niveau de pression acoustique pondéré A. Lorsque vous voyez noise ≤ 75 dB sur un rapport, vous devez vérifier que le niveau de bruit est supérieur ou inférieur à 75 dB.Il est presque certain que c'est dB (A).