CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化

高先一 张德臣 马国清 刘兴东 王育博

高先一, 张德臣, 马国清, 刘兴东, 王育博. 5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(1): 123-132. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0008
引用本文: 高先一, 张德臣, 马国清, 刘兴东, 王育博. 5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(1): 123-132. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0008
GAO Xianyi, ZHANG Dechen, MA Guoqing, LIU Xingdong, WANG Yubo. Analysis and optimization of traveling wave vibration of five kinds of diamond circular saw blades[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(1): 123-132. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0008
Citation: GAO Xianyi, ZHANG Dechen, MA Guoqing, LIU Xingdong, WANG Yubo. Analysis and optimization of traveling wave vibration of five kinds of diamond circular saw blades[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(1): 123-132. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0008

5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0008
详细信息
    通讯作者:

    张德臣,男,1964年生,教授。主要研究方向:机械动力学及其结构优化。E-mail:zhang1964ab@163.com

  • 中图分类号: TQ164; TG74

Analysis and optimization of traveling wave vibration of five kinds of diamond circular saw blades

  • 摘要: 为降低金刚石圆锯片在石材切割时产生的锯切噪声,选取常规锯片、打孔锯片、切缝锯片以及在基体上开鼻型径向槽、开孔与夹层的5种典型金刚石圆锯片,利用Workbench软件对其模态、行波振动进行分析,研究其对行波振动的影响。结果表明:直径为180和230 mm的常规锯片出现行波共振,产生强烈噪声;直径为105、115和350 mm的常规锯片不出现行波共振。直径为180和230 mm的切缝锯片δ值偏大,有效避开了行波共振;直径为115和350 mm的切缝锯片δ值偏小,其降噪效果差;而直径为105 mm的夹层锯片δ值偏大,降噪效果好。5种直径锯片采用开鼻形径向槽、雨滴孔和阻尼夹层的设计方案,其δ值分别为8.13%、7.21%、6.01%、6.39%和7.00%,可进一步避开行波共振,其降噪效果更好。

     

  • 图  1  金刚石圆锯片结构

    Figure  1.  Diamond circular saw blade structure

    图  2  方案一中金刚石圆锯片网格划分图

    Figure  2.  Grid division diagram of diamond circular saw blade in scheme 1

    图  3  方案五的金刚石圆锯片外观

    Figure  3.  Appearance of diamond circular saw blade in scheme 5

    图  4  5种方案的典型模态图

    Figure  4.  Typical modal diagrams of five schemes

    图  5  方案六的金刚石圆锯片

    Figure  5.  Diamond circular saw blade for scheme 6

    图  6  方案六和方案五的部分固有频率对比

    Figure  6.  Comparison of partial natural frequencies between scheme 6 and scheme 5

    图  7  方案六的典型固有模态图

    K=5时方案六的9 344.20 Hz(2,2)模态

    Figure  7.  Typical intrinsic modal diagram of scheme 6

    9 344.20 Hz(2,2)mode of scheme 6 at K=5

    图  8  3种规格锯片的方案五模型图

    Figure  8.  Scheme 5 model diagram for three sizes of saw blades

    图  9  105 mm锯片模型[12]

    Figure  9.  105 mm saw blade model

    表  1  圆锯片尺寸和物理参数

    Table  1.   Dimensions and physical parameters of circular saw blade

    参数取值
    直径 D / mm115
    内径 d1 / mm22.30
    法兰盘内径 d2 / mm 44.46
    基体厚度 t1 / mm1.2
    刀头厚度 t2 / mm 2.0
    齿数 Z / 个 10
    基体杨氏模量 E1 / Pa2.1$ \times $1011
    基体泊松比 ε10.30
    基体密度 ρ1 / (kg·m−3)7 800
    刀头杨氏模量 E2 / Pa 5.6$ \times $1011
    刀头泊松比 ε2 0.47
    刀头密度 ρ2 / (kg·m−3) 2100
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    表  2  5种方案中金刚石圆锯片的部分典型固有频率

    Table  2.   Partial typical natural frequencies of diamond circular saw blades in five schemes



    n
    固有频率 f / Hz
    方案
    方案
    方案
    方案
    方案
    1616.91602.23407.67514.89473.46
    10966.07950.96759.00841.28902.41
    203 074.603 052.902 712.602859.003 037.60
    245 376.405 321.203 474.104 719.004 891.70
    266 145.506 082.403 484.605 191.705 593.40
    307427.007 333.203 513.805 682.406 415.40
    4012 455.0012 173.004 590.108 392.7010 911.00
    4913 764.0013 648.005 048.609 990.1013 132.00
    5013 765.0013 648.005 048.809 994.7013 134.00
    6016 867.0016 810.006 362.6010 994.0015 854.00
    7023 274.0023 121.009 931.2011 332.0019 187.00
    8025 984.0025 901.0011 678.0013 530.0022 574.00
    9029 741.0028 971.0012 164.0017 256.0023 951.00
    10032 652.0032 505.0012 517.0018 262.0026 648.00
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    表  3  5种方案的锯片行波振动计算值

    Table  3.   Calculated values of saw blade traveling wave vibration in 5 schemes

    方案数据
    $ {P}_{\mathrm{f}} $ / Hz$ {P}_{\mathrm{b}} $ / Hz$ p $ / Hz噪声 LPN / dBΔmin / Hzδmin / %
    6645.516312.026666.8098.021.290.32
    12975.0213481.3313333.6096.5147.731.11
    12667.3513155.6513333.6096.0177.951.33
    6515.75 6400.15 6666.80 95.5 151.05 2.27
    5225.04 5640.62 5000.10 224.94 4.50
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    表  4  阻尼夹层的尺寸和物理参数

    Table  4.   Size and physical parameters of damping interlayer

    参数取值
    外径 D1 / mm73.0
    内径 d3 / mm22.23
    厚度 t3 / mm 0.4
    弹性模量 E3 / Pa7.8 × 106
    泊松比 ε30.47
    密度 ρ3 / (kg·m−3)1 300
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    表  5  方案六的部分固有频率

    Table  5.   Partial natural frequencies of scheme 6

    阶数
    n
    固有频率
    f / Hz
    阶数 n固有频率
    f / Hz
    1378.75459 732.20
    5414.135010 139.00
    10848.546510 704.00
    151 817.207013 669.00
    202 117.007514 665.00
    253 693.008015 601.00
    305 459.708516 469.00
    358 388.209016 661.00
    409 290.009517 244.00
    429 344.2010019 262.00
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    表  6  方案六的行波振动计算值

    Table  6.   Traveling wave vibration calculate values of scheme 6

    项目取值
    Pf / Hz7 591.07
    Pb / Hz9 010.86
    $ p $ / Hz8333.50
    Δmin / Hz677.36
    δmin / %8.13
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    表  7  3种规格锯片阻尼夹层的尺寸

    Table  7.   Dimensions of three types of saw blade damping interlayer

    直径
    D / mm
    取值
    外径 D2 / mm内径 d4 / mm
    350114.025.40
    23080.022.23
    18056.522.23
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    表  8  3种方案的行波振动计算结果

    Table  8.   Calculation results of traveling wave vibration for three schemes

    直径
    D / mm
    是否行
    波振动
    方案一
    δ1 / %
    方案二
    δ2 / %
    方案三
    δ3 / %
    方案四
    δ4 / %
    方案五
    δ5 / %
    方案六
    δ6 / %
    方案一
    噪声
    LPN1 / dB
    方案二
    噪声
    LPN2 / dB
    方案三
    噪声
    LPN3 / dB
    方案四
    噪声
    LPN4 / dB
    方案一与方案
    四比较降噪
    LPN5 / dB
    3500.481.131.492.395.827.2198.0100.097.096.51.5
    2300.111.524.014.075.176.39107.0103.0101.0100.07.0
    1800.042.233.534.174.436.01103.0101.096.596.07.0
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    表  9  5种规格金刚石圆锯片行波振动计算结果

    Table  9.   Calculation results of traveling wave vibration for five kinds of diamond circular saw blades

    直径
    D / mm
    是否
    行波
    振动
    方案一
    δ1 / %
    方案二
    δ2 / %
    方案三
    δ3 / %
    方案四
    δ4 / %
    方案五
    δ5 / %
    方案六
    δ6 / %
    方案七
    δ7 / %
    方案八
    δ8 / %
    方案九
    δ9 / %
    方案十
    δ10 / %
    方案一
    噪声
    LPN1 / dB
    方案二
    噪声
    LPN2 / dB
    方案三
    噪声
    LPN3/ dB
    方案四
    噪声
    LPN4/ dB
    方案七
    噪声
    LPN6 / dB
    方案八
    噪声
    LPN7 / dB
    降噪
    LPN5 / dB
    1150.321.111.332.274.508.1398.096.59695.52.5
    3500.481.131.492.395.827.2198.0100.097.096.51.5
    2300.111.524.014.075.176.39107.0103.0101.0100.07.0
    1800.042.233.534.174.436.01103.0101.096.596.07.0
    1050.244.684.147.0094.084.010.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-13
  • 修回日期:  2023-05-18
  • 网络出版日期:  2023-11-06
  • 刊出日期:  2024-02-20

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