天线转台振动噪声分析与试验研究

朱曾辉，孟庆芹，施永柱

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

天线转台的动力传动系统为齿轮系统。齿轮传动系统在工作过程中受到同时发生啮合的轮齿对数改变、轮齿受到外力作用下导致的弹性变形和齿轮加工装配过程中产生的误差等因素的影响。齿轮受到的啮合激励是动态的，从而造成齿轮系统振动。振动通过其传动轴传递到轴承座，最终振动传递至天线转台齿轮箱的箱体，引起箱体侧壁产生振动，同时通过空气传播噪声。机电设备的振动噪声主要来源于齿轮传动过程中导致的机械振动[1-2]。

齿轮系统的噪声分为结构噪声及空气噪声，其中结构噪声是分析齿轮系统动态性能的关键指标。近年来，由于机械振动学以及声学相关技术的快速发展，机电系统的噪声研究实现了较大的突破，其涉及领域更加广泛。对于齿轮系统，在其结构设计阶段，探讨分析其机械结构振动以及噪声的传播、衰退和吸收抑制原理，对齿轮系统辐射的噪声进行预报，同时采用合适的方案来减少齿轮系统的噪声。这样能有效提高机电产品的声隐身性[3-5]。

本文对某天线转台进行噪声实验研究，通过不同工况下其振动加速度频谱图以及空气噪声频谱图，对天线转台进行噪声源定位，为后续天线转台减振降噪提供指导性意见。

1 振动噪声实验测试方法及测试仪器

基于LMS数据采集器，搭建了机械振动与噪声测试平台。测试系统组成示意图如图1所示。表1为测试系统的硬件组成。

表1 测试系统组成

3个预极化电容传声器分别布置在与齿轮啮合中心点的距离为1 m的3个方向，测点编号为1、2、3，测量天线转台的空气噪声值。4个单轴加速度传感器分别贴敷在靠近轮齿啮合处的4个方向上，测点编号为4、5、6、7，测量天线转台的横向振动加速度。1个单轴加速度传感器贴敷在转台的垂向端面上，测点编号为8，测量天线转台的垂向振动加速度。4种测试工况分别为空载转台15 r/min转速、空载转台30 r/min转速、天线转台15 r/min转速和天线转台30 r/min转速。振动加速度和空气噪声测试完成后对实验结果进行对比分析研究。

对天线转台进行噪声测试时，传声器所有测点处的空气流速应不高于5 m/s。若空气流速超过1 m/s时，预极化电容传声器均需加装防风罩。距离所有传声器测点1 m的范围中不允许存在反射面以及其他设备(除地面外)。天线转台正常运转工作时各传声器测点处的A计权声压级平均值应比相应测点背景噪声的A计权声压级平均值高4 dB以上[6-7]。

2 天线转台振动噪声分析

2.1 空气噪声分析

天线转台空气噪声测量过程为：天线转台正常运转工作后，采用3个预极化电容传声器分别获取相应测点处的声压级信号，经过LMS-SCM05数据采集器进行信号采集以及前处理，在LMS Test.Lab数据采集分析软件对输入的声压级空气噪声时域曲线进行FFT(快速傅里叶变换)，可获取各传声器测点处的声压级空气噪声频域响应曲线。

图2为天线转台转速15 r/min传声器1、2、3的声压级空气噪声频谱图，传声器3的A计权声压级最大，为57 dB(A)。

天线转台转速15 r/min时齿轮啮合频率为

图3为对图2的局部放大图。由图3可知，A计权声压级峰值点出现的频率点为167、235、432、531、929、962、1 064 Hz。以上频率均是齿轮啮合频率33.25 Hz的倍频，表明天线转台空气噪声主要是由于齿轮啮合传动产生的。

图4为天线转台转速30 r/min传声器1、2、3的声压级空气噪声频谱图，传声器3的A计权声压级最大，为74 dB(A)。

天线转台转速30 r/min时齿轮啮合频率为

图5为对图4的局部放大图。由图5可知，A计权声压级峰值点出现的频率点为133、330、399、598、1 064、1 130 Hz。以上频率均是齿轮啮合频率66.5 Hz的倍频。和转速15 r/min一样，天线转台转速30 r/min的空气噪声主要也是由于齿轮系统啮合传动产生的。

2.2 振动加速度分析

天线转台振动加速度测量步骤为：天线转台正常运转工作后，采用5个单轴加速度传感器分别获取相应测点处的加速度级振动信号，经过LMS-SCM05数据采集器进行信号采集以及前处理，在LMS Test.Lab数据采集分析软件对输入的振动加速度时域曲线进行FFT(快速傅里叶变换)，可获取各单轴加速度传感器测点处的振动加速度频域响应曲线。

图6为天线转台转速15 r/min加速度传感器4、5、6、7、8的振动加速度频谱图。由于加速度传感器6、7均贴敷在齿轮啮合点附近，测量的是空载转台的横向振动，齿轮啮合作用力方向为水平方向，因此加速度传感器6、7的振动加速度值较大。由于加速度传感器8测量的是转台的垂向振动，因此其振动加速度值较小。加速度峰值点出现的频率点为167、432、531、962、1 064 Hz。以上频率均是齿轮啮合频率33.25 Hz的倍频，表明天线转台振动主要是由于齿轮啮合传动产生的。

图7为天线转台转速30 r/min加速度传感器4、5、6、7、8的振动加速度频谱图。由图可知，加速度峰值点出现的频率点为399、1 064、1 130、1 266 Hz。以上频率都是齿轮啮合频率66.5 Hz的倍频。和转速15r/min一样，天线转台转速30 r/min的振动主要是由于齿轮啮合传动产生的。

综上可知，天线转台转速为15 r/min和30 r/min的振动噪声主要是由于齿轮系统啮合传动产生的。

3 空载转台振动噪声分析

3.1 空气噪声分析

图8为空载转台转速15 r/min传声器1、2、3的声压级空气噪声频谱图，传声器2的A计权声压级最大，为58.5 dB(A)。

图9为对图8的局部放大图。由图9可知，声压级峰值点出现的频率点为100、299、532、565 Hz。以上频率均为齿轮啮合频率33.25 Hz的倍频。由此可知，空载转台空气噪声主要是由于齿轮啮合传动产生的。

图10为空载转台转速30 r/min传声器1、2、3的声压级空气噪声频谱图，传声器1的A计权声压级最大，为74 dB(A)。

图11为对图10的局部放大图。由图11可知，声压级峰值点出现的频率点为1 006、1 064、1 094 Hz。以上频率均为齿轮啮合频率66.5 Hz的倍频，表明空载转台转速30 r/min的空气噪声主要也是由于齿轮啮合传动产生的。

3.2 振动加速度分析

图12为空载转台转速15 r/min加速度传感器4、5、6、7、8的振动加速度频谱图。振动加速度峰值点出现的频率点为100、433、532 Hz。以上频率都是其齿轮啮合频率33.25 Hz的倍频。由此可知，空载转台的振动主要是由于齿轮啮合传动产生的。

图13为空载转台转速30 r/min加速度传感器4、5、6、7、8的振动加速度频谱图，振动加速度峰值点出现的频率点为599、944、1 064、1 125 Hz。以上频率都是其齿轮啮合频率66.5 Hz的倍频，表明空载转台转速30 r/min的振动主要是由于齿轮啮合传动产生的。

由以上可知，空载转台转速为15 r/min和30 r/min的振动噪声主要是由于齿轮啮合传动产生的。

4 结束语

通过机械振动与噪声测试平台对天线转台进行了振动加速度以及空气噪声测试，实验结果表明，随着天线转台转速由15 r/min增加到30 r/min，其最大A计权声压级空气噪声由57 dB(A)增加到74 dB(A)，空载转台转速由15 r/min增加到30 r/min，其最大A计权声压级空气噪声由58.5 dB(A)增加到74 dB(A)。由于转台转速增大，齿轮系统传动过程中所受到的动载荷变大，因此其空气噪声增大。相同转速下，天线转台相对于空载转台其齿轮系统所受到的动载荷更大。但是，由于天线转台齿轮系统为闭式传动，齿轮系统产生的噪声经过顶部天线舱侧壁的反射吸收，噪声在对外传播路径上有所损失，因此相同转速下天线转台和空载转台产生的空气噪声较为接近。4种工况下(天线转台转速15 r/min、天线转台转速30 r/min、空载转台转速15 r/min、空载转台转速30 r/min)3个传声器测得的空气噪声峰值点出现的频率点以及5个加速度传感器测得的振动加速度峰值点出现的频率点均为相应齿轮啮合频率的倍频。这表明天线转台的振动噪声主要是由于齿轮系统啮合传动产生的。对齿轮系统进行结构优化以及在天线转台侧壁贴敷阻尼材料来降低齿轮系统因啮合传动产生的振动，可有效降低天线转台正常运转工作时产生的空气噪声。