Page 63 - 《应用声学》2021年第2期

第 40 卷 第 2 期 田野等： 数控裁剪机切割刀壳体振动噪声预测分析 231

15 8
10 7
6
5
ᣒᕳ/N 0 ᣒᕳ/N 5 4
-5 3
2
-10
1
-15 0
0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0 100 200 300 400 500
௑ᫎ/s ᮠဋ/Hz
(a) ܧʹyவՔүᣒᕳ (b) ܧʹyவՔүᣒᕳᮠ៨
80 70
60
40
50
ᣒᕳ/N 0 ᣒᕳ/N 40
30
-40 20
10
-80 0
0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0 100 200 300 400 500
௑ᫎ/s ᮠဋ/Hz
(c) ܧʹzவՔүᣒᕳ (d) ܧʹzவՔүᣒᕳᮠ៨
图 6 壳体动载荷
Fig. 6 Shell dynamic load
率，对比表 1 可得在壳体模态五阶固有频率处最接
近接近 100 Hz 整数倍频，故在该频率处更易产生共
ྲढ़ག1
振，根据图 8(e) 可以看出壳体五阶振型为其下部分
ྲढ़ག2 的扭曲变形，可针对该部分进行结构的加强来避免
共振。壳体一阶振型为其上部的扭曲变形；壳体二
阶和三阶振型为下部分以及中下部分的扭曲变形；
四阶振型为其上部分局部凹陷；六阶振型为壳体整
体的扭曲变形。

z
ྲढ़ག3 表 1 壳体固有频率
y
x
Table 1 Natural frequency of shell
图 7 切割刀壳体有限元模型网格划分
阶数 频率/Hz 阶数 频率/Hz
Fig. 7 Meshing of finite element model of cutter shell
1 2411.6 4 3662.1
3.2 切割刀壳体模态分析 2 2978.9 5 3906.5
3 3177.8 6 4082.1
3.2.1 切割刀壳体模态仿真
模态分析是将线性系统的振动微分方程进行 3.2.2 仿真模型实验校核
坐标转换，变为模态坐标下的分析问题，通过求解获 为验证有限元仿真模型以及仿真结果的可靠
取结构的固有频率以及模态振型。这里采用 Block 性，将切割刀壳体用弹性绑带悬挂在空中使其处
Lanczos 法对切割刀壳体进行模态仿真分析，得到 于自由状态，利用锤击实验法对切割刀壳体进

结构前六阶固有频率如表1所示，前六阶振型如图 8 行校核。实验采用 LMS Test.Lab 分析系统；LMS
所示。由表 1 可以看出，高频往复式切割刀壳体的 SCM2E05 多通道采集仪；PCB378B02 型声压传感
前六阶模态固有频率在 2400∼4100 Hz 之间。电机 器；PCB086C03型力锤以及笔记本工作站分别对切
转速为3000 r/min，极对数为2，根据 n = 60f/p，算 割刀上的上部、中部、底部3 个激励点进行实验以及
得基频为100 Hz，其中n为转速，f 为频率，p为极对 数据采集和分析，分析频率带宽为 0 ∼ 4500 Hz，步
数。正常工作状态下电机受到内部电极数量以及滚 距为 0.78 Hz，数据进行 3 次平均采集。实验测试如
动元件数量的影响会产生整数倍于基频的振动频 图 9所示，结果如图10所示。