Page 62 - 《应用声学》2021年第2期

230 2021 年 3 月

位移 S 对时间 t 求二阶导可得滑块往复运动加 为 F z = 73.87 N。将时域动态载荷数据导出，经
速度为 过傅里叶级数展开得到其频域动态力如图 6(b)、
2
d S 2 图 6(d) 所示。由图可见壳体 y 方向所受动载荷频
a = = ω r(cos α + λ cos 2α), (6)
dt 2 谱中 f 1 = 50 Hz，f 2 = 100 Hz 为主要频率成分，
式(6)中，ω 为曲柄转动角速度。
f 3 = 150 Hz 为次要频率成分，且都为低频成分。z
切割刀电机额定转速为 3000 r/min， 根据
方向所受动载荷频谱中 f 4 = 50 Hz 为主要频率成
ω = 2πn，得出切割刀曲柄滑块运动偏心轮转速
分，f 5 = 100 Hz为次要频率成分，且都为低频成分。
为100 πrad/s，r = 12.5 mm，l = 58 mm，利用数值
分析软件进行数值求解，得到曲柄滑块运动滑块加
速度曲线如图3所示。

1500
1000
ҫᤴए/(mSs -2 ) 500 0

z
-500
y
x
-1000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
ᝈए/rad
图 3 滑块加速度曲线图
Fig. 3 Slider acceleration curve 图 4 高频往复式切割刀动力学模型
Fig. 4 Dynamic model of high frequency recipro-
2.2 高频往复式切割刀动力学仿真
cating cutter
本文忽略电机内部结构，根据其重量和体积
1500
3
单独设置电机材料密度为 2586 kg/m 。利用 Solid-
1000
Works软件对高频往复式切割刀进行三维建模并赋
予各部件材料属性，忽略结构变形的影响并将各个 500
部件设置为刚体，借助 SolidWorks Motion 对切割 ҫᤴए/(mSs -2 ) 0
刀进行动力学仿真分析，建立高频往复式切割刀动 -500
力学模型如图 4 所示。设置切割刀运动参数，将偏
-1000
心轮转速设定为 3000 r/min，方向为顺时针方向转
-1500
动。设置仿真结果输出为连杆连接座加速度以及偏 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
ᰦ䰤/s
心轮与电机轴之间所产生的反作用力。运行仿真，
求解得到连杆连接座加速度曲线图如图 5 所示，其 图 5 连杆连接座加速度曲线图
加速度曲线波型以及幅值与图3 的数值分析结果一 Fig. 5 Acceleration curve of connecting rod con-
necting seat
致，验证了动力学仿真模型的可靠性。
通过仿真求解出系统产生的动载荷，该动载 3 高频往复式切割刀壳体振动响应分析
荷将直接作用在切割刀壳体上。理论上传动系统
在 x 方向产生的动载荷较小，故这里忽略 x 方向的 3.1 高频往复式切割刀壳体有限元建模
动载荷。求解得到切割刀输入端壳体所承受动载 利用有限元软件对高频往复式切割刀壳体进
荷如图 6 所示，其中 y 方向以及 z 方向动载荷时域 行有限元建模，赋予材料属性，采用三角形单元对
分布分别如图 6(a)、图 6(c) 所示。由图可见其所受 模型进行网格划分，网格单元边长设置为 4 mm。
动载荷呈现周期性变化，且 y 方向所受载荷的最 如图 7 所示，切割壳体有限元模型网格节点共计
大幅值为 F y = 12.42 N，z 方向所受载荷最大幅值 108633个，单元共计66980个。