一、概述

定义：
噪音和振动测试是评估机械设备在运行过程中产生的噪声水平和振动特性的关键手段，旨在确保设备符合性能、安全及环保要求。通过定量分析噪声频谱、振动频率及能量分布，揭示设备在动态载荷下的声振耦合特性，优化设计并降低故障风险。

核心目标：

1. 性能验证：确保设备运行时的噪音和振动水平符合设计指标（如噪声≤75 dB(A)，振动烈度≤4.5 mm/s）。

2. 故障诊断：识别异常振动源（如轴承磨损、转子不平衡）或噪声源（如气动啸叫、齿轮啮合异响）。

3. 合规性：满足国际标准及行业法规（如ISO、GB、CE指令）。

分类：

· 振动测试：稳态振动（正弦扫频）、随机振动（模拟实际工况）、瞬态冲击。

· 噪音测试：声压级测量、频谱分析、声功率级计算。

· 声振耦合分析：研究振动能量传递至声场的机制（如结构噪声）。

二、检测标准

1. 国际标准：

· ISO 10816（机械振动评估）：振动烈度分级及限值（工业设备通用标准）。

· ISO 3744（声功率级测定）：自由场条件下噪音测量方法。

· ISO 8579-1（齿轮装置噪声测试规范）。

2. 地区标准：

· 中国：GB/T 10069（旋转电机噪声限值）、GB/T 11348（旋转机械轴振动测量）。

· 欧盟：EN 12354（建筑声学噪声预测）、CE机械指令（噪声排放限值）。

· 美国：ANSI S12.51（声学测试方法）、SAE J1074（发动机噪声测试）。

3. 行业专用标准：

· 汽车：ISO 362（车辆加速噪声测试）、SAE J1470（车内振动噪声评估）。

· 家电：IEC 60704（家用电器噪声测试）。

· 风电：IEC 61400-11（风力发电机组噪声测量）。

三、检测设备

1. 核心设备：

· 振动测试系统：

o 电动振动台：LDS V964（推力20 kN，频率5-3000 Hz），用于正弦/随机振动测试。

o 加速度传感器：PCB 356A（灵敏度100 mV/g，频响0.5-10,000 Hz）。

· 声学测试系统：

o 声级计：B&K 2250（精度±0.5 dB，符合IEC 61672标准）。

o 声学相机：Norsonic Nor150（声源定位分辨率≤1 cm）。

· 数据采集与分析设备：

o 动态信号分析仪：Siemens SCADAS XS（多通道同步采集，FFT分析）。

o 软件：LMS Test.Lab（振动模态分析）、ArtemiS SUITE（噪声频谱分析）。

2. 辅助设备：

· 校准装置：

o 振动校准器：PCB 394C06（加速度计校准，精度±1%）。

o 声学校准器：B&K 4231（声级计校准，94 dB/1 kHz）。

· 环境模拟装置：

o 消声室/半消声室：背景噪声≤20 dB(A)，用于精确声学测试。

四、检测流程

1. 测试规划：

· 工况定义：明确设备运行参数（如转速、负载）及测试目标（如振动烈度限值、噪声频谱特性）。

· 传感器布设：

o 振动测点：轴承座、电机支架等关键位置安装加速度计。

o 声学测点：按ISO 3744布设传声器阵列（半球面或立方体网格）。

2. 振动测试执行：

· 正弦扫频：频率5-500 Hz，加速度0.5g，识别共振点（振幅放大因子≥5）。

· 随机振动：输入PSD谱（如0.04 g²/Hz @10-500 Hz），持续1小时，监测振动响应。

· 时域分析：采集振动波形，计算RMS值、峰值及峭度指标（识别冲击成分）。

3. 噪音测试执行：

· 背景噪声修正：测量环境噪声并确保其低于被测声源10 dB(A)。

· 声压级测量：按1/3倍频程分析频谱（如63 Hz-8 kHz），记录A计权总声级。

· 声功率计算：通过声强法或表面声压法计算声功率级（单位dB re 1 pW）。

4. 数据分析与报告：

· 振动分析：FFT频谱图识别特征频率（如轴承故障频率、齿轮啮合频率）。

· 噪声源定位：声学相机成像确定主要噪声源（如电机风扇、液压阀）。

· 合规性判定：对比GB/T 10069或ISO 10816限值，提出改进建议（如动平衡校正、隔音罩安装）。

五、费用与周期

1. 费用构成：

· 设备投资：

o 电动振动台（20 kN）：150万-400万元。

o 声学相机系统：80万-200万元。

· 第三方测试费用：

o 单项振动测试（如ISO 10816）：5000-1.5万元/样。

o 全项噪声认证（如ISO 3744）：1万-3万元/样。

· 认证服务：

o CE噪声指令合规性评估：5万-15万元。

o 汽车NVH认证（SAE J1074）：8万-20万元。

2. 周期：

· 单项测试：1-3个工作日。

· 全项认证（含整改）：4-8周。

· 加急服务：额外支付30%-50%费用，周期缩短30%。

六、实际应用

1. 工业电机案例：

· 问题：电机运行时振动烈度7.2 mm/s（ISO 10816限值≤4.5 mm/s），噪声82 dB(A)。

· 优化：转子动平衡校正（剩余不平衡量≤1 g·mm）及加装隔音罩，振动降至3.8 mm/s，噪声降至75 dB(A)。

2. 汽车变速箱测试：

· 场景：变速箱在2000 RPM时齿轮啮合噪声突出（峰值频率1.2 kHz），通过修形齿轮齿廓，噪声降低6 dB。

3. 风电齿轮箱验证：

· 案例：齿轮箱轴承振动频谱出现边频带（故障频率±转频），更换轴承后振动能量下降40%。

4. 家电产品改进：

· 案例：空调室外机噪声超标（54 dB(A)→限值50 dB(A)），优化风道设计后达标。

七、注意事项与趋势

1. 测试陷阱规避：

· 传感器安装：确保加速度计与测试面刚性接触（如使用磁座或胶粘剂）。

· 环境干扰：避免电磁干扰影响信号采集（如屏蔽电缆、独立接地）。

2. 新兴技术应用：

· 数字孪生：基于ANSYS NVH仿真预测试验结果，减少物理测试次数。

· AI故障诊断：机器学习自动识别振动频谱中的异常模式（如早期轴承点蚀）。

3. 行业趋势：

· 无线传感技术：采用蓝牙/Wi-Fi传输数据，简化测试布线。

· 实时健康监测：嵌入式传感器实现设备运行状态在线监控。