降噪减振结构金刚石圆锯片的有限元模态分析模型

摘要：建立了金刚石圆锯片降噪减振结构模态分析模型，采用ANSYS软件对多种阻尼细缝结构金刚石圆锯片的固有频率和模态振型进行了计算,研究了阻尼细缝的形状、宽度等参数在锯片降噪减振中的影响并与普通圆锯片进行了比较,提出了合理的减振降噪锯片结构的设计途径和措施。
关键词：金刚石圆锯片，减振降噪，阻尼细缝结构，模态分析

1 引言

普通金刚石圆锯片在锯切时会产生刺耳难忍的噪音，其强度常超过100db以上。随着人们环保意识的增强，噪音控制已成为设计金刚石圆锯片的重要指标。

降噪型金刚石圆锯片基体及锯齿结构的具体优化方法很多，典型的金刚石圆锯片降噪结构之一是在基体上开细缝，然后用阻尼材料填充，就目前情况来看，这是比较简易、经济、可行的方法。该方法的消音原理是节块与被切割材料间因摩擦和撞击所产生的振动在基体上的传播受到消音细缝的阻尼作用而消减，使噪声的产生、共鸣及反弹减弱。但细缝及水槽等特殊结构将使应力分布、变形状态等具有特殊性。目前有关的研究大多只是针对较少节点、单元的前几十阶模态分析，且将锯片模型简化为单一圆板，没有考虑锯齿节块、水槽等对锯片的影响，计算精度及分析量远远不够。因此，本文的研究将锯片锯齿节块、水槽考虑在内，采用有限元软件ANSYS，对阻尼细缝结构金刚石圆锯片的固有频率和模态振型进行分析，研究了阻尼细缝的形状、宽度等参数在锯片降噪减振中的影响，讨论了影响因素、变化规律以及降噪锯片的合理结构参数，为减振降噪锯片的结构设计提供理论依据。

2 计算模型

圆锯片工作过程中，无论空转或切削，噪声频谱都呈明显的宽带高频特性，噪声主要能量分布在2000～4000Hz的高频区内。为充分了解阻尼细缝结构对金刚石圆锯片的影响，本文将分析范围进行扩展，因低频噪声的辐射效率很低，故只将分析范围往高频区扩展，即求解2000～6000Hz内的各阶模态。模态分析采用的模态提取法为“Block Lanczos”即分块的兰索斯法，该方法适用于模型有壳或壳加实体组成情况，用于大模型的多阶模态，收敛速度快。建立降噪金刚石圆锯片的有限元模型可以在ANSYS中实现，将金刚石圆锯片视为平面应力情况考虑，在锯切过程中受到的零位移载荷为受全约束的内孔。金刚石圆锯片各部分的材料特性见表1，结构参数见表2。