CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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金刚石圆锯片行波共振分析及优化

赵雷 张德臣 闫春宝 雷忠兴 程黎斌

赵雷, 张德臣, 闫春宝, 雷忠兴, 程黎斌. 金刚石圆锯片行波共振分析及优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(2): 240-247. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0112
引用本文: 赵雷, 张德臣, 闫春宝, 雷忠兴, 程黎斌. 金刚石圆锯片行波共振分析及优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(2): 240-247. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0112
ZHAO Lei, ZHANG Dechen, YAN Chunbao, LEI Zhongxing, CHENG Libin. Analysis and optimization of traveling wave resonance of diamond circular saw blade[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(2): 240-247. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0112
Citation: ZHAO Lei, ZHANG Dechen, YAN Chunbao, LEI Zhongxing, CHENG Libin. Analysis and optimization of traveling wave resonance of diamond circular saw blade[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(2): 240-247. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0112

金刚石圆锯片行波共振分析及优化

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0112
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: TG74;TQ164

Analysis and optimization of traveling wave resonance of diamond circular saw blade

  • 摘要: 针对金刚石圆锯片工作时出现的共振和噪声问题,利用Workbench软件对直径600 mm空转的圆锯片进行行波共振和静力分析,研究圆锯片基体中的开孔和夹层对其行波共振的影响。结果表明:圆锯片基体上合理开孔可以规避行波共振,其中开雨滴型孔的圆锯片减振效果最好,其δ最大值为4.36%,远大于未开孔与开圆形流线型孔的0.09%和0.91%。进一步对开雨滴型孔的圆锯片的夹层进行优化,其δ值为7.58%,达到夹层前的近2倍,更不容易引起行波共振。同时,优化后的圆锯片变形和应力值变大,但远小于其许用应力值,表明其强度和刚度满足使用要求,不会造成疲劳失效。

     

  • 图  1  金刚石圆锯片结构模型

    Figure  1.  Structural model of diamond circular saw blade

    图  2  金刚石圆锯片网格划分图

    Figure  2.  Grid division diagram of diamond circular saw blade

    图  3  基体不同开孔方案的金刚石圆锯片模型图

    Figure  3.  Model diagram of diamond circular saw blade with different opening schemes of matrix

    图  4  3种方案的典型模态图

    Figure  4.  Typical modal diagrams of three methods

    图  5  δ值分布图

    Figure  5.  δ value distribution diagram

    图  6  方案四中基体有开孔夹层的金刚石圆锯片

    Figure  6.  Diamond circular saw blade with matrix slotted interlayer in forth scheme

    图  7  方案对比图

    Figure  7.  Scheme comparison chart

    图  8  方案四的典型模态图

    Figure  8.  Typical modal diagram of fourth scheme

    图  9  金刚石圆锯片总体变形和应力分布图

    Figure  9.  Overall deformation and stress distribution of diamond circular saw blade

    表  1  ϕ600 mm金刚石圆锯片基本参数

    Table  1.   Basic parameters of ϕ600 mm diamond circular saw blade

    参数取值
    外径 D1 / mm 600
    内径 d1 / mm 50
    厚度 t1 / mm 2.8
    齿数 Z / 个 40
    弹性模量 E1 / Pa 2.1$ \times $1011
    泊松比 ε1 0.30
    密度 ρ1 / (kg·m−3) 7 800
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    表  2  ϕ600 mm基体开孔金刚石圆锯片固有频率表

    Table  2.   Natural frequency table of ϕ600 mm matrix slotted diamond circular saw blade

    阶数固有频率 P / Hz
    方案一方案二方案三
    1 24.5 24.3 23.1
    10 181.8 162.0 161.9
    20 378.1 249.3 250.4
    30 561.6 450.5 443.3
    40 766.4 528.5 533.7
    50 1 049.7 677.7 687.4
    60 1 220.8 841.2 836.6
    70 1 365.2 1 153.4 1 148.2
    80 1 539.2 1 423.1 1 432.2
    90 1 902.9 1 692.6 1 694.4
    100 2 101.6 1 814.8 1 827.3
    110 2 371.9 1 879.3 1 913.9
    120 2 432.4 2 089.3 2 078.6
    124 2 549.8 2 135.5 2135.4
    130 2 720.8 2 267.7 2 294.0
    140 3 061.3 2 402.3 2 471.4
    150 3 433.9 2 606.5 2 625.8
    153 3 522.7 2 679.6 2 655.3
    154 3 533.2 2 739.8 2 714.3
    157 3 639.5 2 772.1 2745.7
    160 3 733.8 2 964.4 2 913.5
    170 3 946.2 3 284.0 3 288.6
    180 4 148.2 3 589.1 3 578.3
    190 4 336.0 3 780.6 3 737.7
    200 4 547.0 3 977.7 3 959.3
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    表  3  金刚石圆锯片的行波振动分析数据表

    Table  3.   Data sheet of traveling wave vibration analysis of diamond circular saw blade

    方案数据
    $ {P}_{{\rm{f}}} $ / Hz$ {P}_{{\rm{b}}} $ / Hzp / HzΔ/ Hzδ / %
    2 683.02 661.72 664.02.30.09
    2 639.82 605.62 664.024.20.91
    3 021.62 547.82 664.0116.24.36
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    表  4  阻尼夹层基本参数

    Table  4.   Basic parameters of damping interlayer

    参数取值
    外径 D2 / mm450
    内径 d2 / mm50
    厚度 t2 / mm1.0
    弹性模量 E2 / Pa7.8×106
    泊松比 ε20.47
    密度 ρ2 / (kg·m−3)1 300
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    表  5  方案四中100阶的固有频率

    Table  5.   100 order natural frequencies in method 4

    阶数固有频率 P / Hz阶数固有频率 P / Hz
    113.880724.6
    532.285741.6
    10106.590829.2
    15154.095868.3
    20201.1100982.7
    25242.91051 073.9
    30279.31101 094.0
    35320.91151 133.5
    40391.31201 241.2
    45418.11251 284.6
    50460.71301 392.4
    55474.21351 464.2
    60530.91401 525.9
    65605.01451 558.8
    70685.81501 608.8
    75703.1
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    表  6  方案四的行波振动分析数据

    Table  6.   Traveling wave vibration analysis data of fourth scheme

    项目取值
    Pf / Hz1 184.8
    Pb / Hz1 231.1
    p / Hz1 332.0
    Δ / Hz100.9
    δ / %7.58
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-06
  • 修回日期:  2022-01-04
  • 刊出日期:  2022-05-27

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