金屬冷、熱切圓鋸片振動特性的影響

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1、2003年6月噪聲與振動控制第3期文章編號：1006-1355（2003）03-0020-04局部強(qiáng)化對金屬冷、熱切圓鋸片振動特性的影響楊久霞，張建宇（北京科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，北京100083）摘要：本文針對金屬冷、熱切圓鋸片在鋸切軋件過程中出現(xiàn)的振動問題，利用有限元軟件ANSYS對其進(jìn)行模態(tài)分析，同時研究局部厚度發(fā)生變化及旋轉(zhuǎn)離心力對鋸片振動特性的影響。并初步研究了激光強(qiáng)化鋸片基體對鋸片振動特性的影響。關(guān)鍵詞：振動與波；鋸片；有限元；激光中圖分類號：TB532文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ATheInfluenceofStrengtheningLocalAreaontheV

2、ibrationofSawBladeYANGJiu-xia，ZHANGJian-yu（UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China）Abstract：ThispaperanalysesthevibrationofsawbladeinsawingprocessbycalculationbasedonFEA，andtheinfluenceofcentrifugalforceandthicknessonthemodalshapes.Andinitiallystudiestheinfluen

3、ceoflasersurfacehardeningonthevibrationofsawblade.Keywords：vibrationandwave；sawblade；FEA；laser24?w引言D▽w+m2E0（1）?t其中：DEEh3／［12（1-γ2）］為抗彎剛度；由于鋸片是一個面積較大的薄板，其厚度與直徑的比非常小，且又是在高速旋轉(zhuǎn)及高速送進(jìn)的條mEhp為單位面積質(zhì)量；件下工作，在鋸切加工過程中，普遍存在著嚴(yán)重的振w—橫向振幅；動問題。振動問題的存在，不僅會縮短鋸片的使用E，γ，p—分別為鋸片材料的彈性模量、泊松壽命，而且會降低鋸切質(zhì)量。因此在

4、實際使用過程比、密度。中，鋸片的振動和穩(wěn)定性問題是一個不容忽視的普邊界條件為：遍存在的問題。鋸片作為一個彈性體，有三種基本在rEb處，撓振動形式：橫向振動、軸向扭轉(zhuǎn)振動和面內(nèi)擴(kuò)張振度和轉(zhuǎn)角為0，即：動。其中對鋸片工作性能影響最大的是橫向振動，［w］rEbE0它集中了鋸片振動的主要能量［1］。因此，本文主要［?w／?r］rEbE0采用有限元法研究鋸片的橫向振動。（2）在rEa處，彎1鋸片振動的有限元分析矩和橫向剪力為圖1鋸片的振動模型1.1理論基礎(chǔ)0，即：鋸片在工作過程中，可看作是一個中間固支、外?2w1?w1-γ?2w［2+γ（+22）］E0（3）圈自由的

5、等厚薄環(huán)板如圖1所示，圖中陰影部分為?tr?rr?θrEa夾盤，半徑為b；鋸片半徑為a，鋸片厚度為h。設(shè)所22??w1?w1?w［（2++22）+研究的鋸片滿足克西荷夫和勒符所提出的板的小撓?r?rr?rr?θ2度理論的基本假設(shè)。在柱坐標(biāo)系中，鋸片的橫向自1-γ??ww22（-）］E0（4）由振動微分方程為：r?θ?rrrEa式中：收稿日期：2002-09-26作者簡介：楊久霞，（1971-），女，北京科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2000級博θ—圓柱坐標(biāo)中的角度變量。士，課題方向為鋸片的激光處理及動態(tài)特性分析。設(shè)方程（1）的解為：局部強(qiáng)化對金屬冷、熱切圓鋸片振動特性的

6、影響21wEW（r，θ）sinw（t-t0）（5）示出了夾徑比對各階靜態(tài)頻率的影響，可以看到，隨式中：w—固有頻率。著夾徑比的增大，各階頻率增大，但夾徑比有一個最通過求解Bessel方程得到固有頻率的數(shù)值解佳值。以此位置為參考，對鋸片進(jìn)行激光強(qiáng)化。wmm，m表示節(jié)圓的個數(shù)，n表示節(jié)直徑的個數(shù)，且wmn是由鋸片的幾何尺寸、夾徑比、材料特性和片體內(nèi)的膜應(yīng)力決定的。由于上式的數(shù)值計算非常復(fù)雜，甚至無法求解，因此一般采用各種近似方法求解其振動模態(tài)，而ANSYS有限元軟件具有模態(tài)分析功能，對研究鋸片的振動特性提供了很大方便。1.2有限元分析計算ANSYS軟件是一個通

7、用的大型有限元軟件，應(yīng)用其中的模態(tài)分析功能，對鋸片的靜、動態(tài)模態(tài)進(jìn)行分析計算，研究其振動特性。圖3夾徑比對各階頻率的影響用ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析，在典型的模態(tài)分析（2）鋸片的動特性［2］中，唯一有效的“載荷”是零位移約束，可以施加除位根據(jù)文獻(xiàn)，旋轉(zhuǎn)鋸片的動態(tài)頻率與靜態(tài)頻率移約束之外的其它載荷，但它們將被忽略。但是對滿足如下近似關(guān)系：于一些結(jié)構(gòu)，如旋轉(zhuǎn)的鋸片，在進(jìn)行模態(tài)分析時，除2（0）22wmnEwmn+KArot（6）了考慮靜態(tài)振動特性之外，還要考慮生產(chǎn)制造過程式中：w—動態(tài)頻率；mn中產(chǎn)生的各種膜應(yīng)力；如離心應(yīng)力、殘余應(yīng)力、熱應(yīng)（0）wmn—靜態(tài)頻率；

8、力等，后兩者有時是為了提高鋸片的穩(wěn)定性而有目K—常數(shù)；的地施加的。