高速面銑刀氣動噪聲產生機理的研究.pdf

1、面銑刀作為典型的高速斷續(xù)銑削刀具，已廣泛應用于航空航天、汽車等領域鈦合金、鋼鐵、鋁合金等多種材料的加工。面銑刀在高速旋轉過程中會產生高強度噪聲，可達100dB～110dB以上，對操作人員健康和設備安全運行非常不利。因此，研究高速面銑刀氣動噪聲產生機理進而降低面銑刀氣動噪聲具有實際應用價值。流場研究是進行氣動噪聲研究的基礎，本文結合數值分析及實驗測量對面銑刀氣動流場及氣動聲場展開研究，分析氣動噪聲源的形成機理及氣動聲學特性，并探索降低面銑

2、刀氣動噪聲的方法。研究成果可為低噪聲面銑刀的研制及應用提供理論依據。
　　 首先，通過搭建高速面銑刀空轉噪聲測試平臺，對兩種面銑刀在不同主軸轉速下的空轉噪聲進行測試，研究不同主軸轉速下的空轉噪聲頻譜特性及聲壓隨時間的變化規(guī)律。通過對比主軸噪聲與機床總噪聲，分離出僅由面銑刀高速旋轉產生的氣動噪聲，研究結果表明，偶極子聲源是面銑刀氣動噪聲主要聲源，面銑刀氣動噪聲包括寬帶噪聲和離散噪聲，寬帶噪聲隨頻率變化波動不大且分布在較廣的頻率段內

3、，是面銑刀氣動噪聲的重要成份。
　　 其次，建立面銑刀三維實體模型，采用CFD（Computational Fluid Dynamic）技術對面銑刀流場進行模擬計算。在定常及非定常條件下分別采用RNG(Renormalization Group) k-ε及LES（Large Eddy Simulation）湍流模型對面銑刀運行于不同主軸轉速時的流體運動情況進行詳細分析及總結，同時對面銑刀表面不同觀察點處的脈動壓力進行研究。為高速

4、面銑刀噪聲預測模型的提出及氣動噪聲傳播機理的研究奠定了基礎。
　　 然后，結合CFD模擬結果，基于FW-H（Ffowcs Williams Hawkings）方程建立高速面銑刀氣動噪聲預測模型，將理論預測結果與實驗測試結果進行對比，驗證氣動噪聲預測模型的正確性。數值計算面銑刀不同區(qū)域聲源產生的氣動噪聲，分析各聲源產生氣動噪聲的機理，評估各聲源對氣動噪聲的貢獻量。研究面銑刀氣動噪聲指向性，研究結果表明:面銑刀氣動噪聲是觀察點與面銑

5、刀中心徑向距離的函數，在水平面內沒有明顯變化，而在面銑刀軸向具有明顯的噪聲指向性。
　　 最后，基于高速面銑刀氣動噪聲預測模型，研究面銑刀直徑和高度、齒數、齒距布置及容屑槽結構等幾何要素對氣動噪聲的影響規(guī)律。研究結果表明:面銑刀氣動噪聲隨著刀具直徑的增大而增加但增加量逐漸減小。不等齒距布置能夠改變銑刀氣動噪聲聲能分布，降低旋轉頻率處聲壓級，有效擬制‘嘯聲’。齒數是影響氣動噪聲的重要因素，氣動噪聲隨著面銑刀齒數變化呈現非單調的變化