摘要：面铣刀作为典型的高速断续铣削刀具,已广泛运用于航空航天、汽车等领域钛合金、钢铁、铝合金等多种材料的加工。面铣刀在高速旋转历程中会产生高强度噪声,可达100dB-110dB以上,对操作人员健康和设备安全运转非常不利。由此,探讨高速面铣刀气动噪声产生机理进而降低面铣刀气动噪声具有实际运用价值。流场探讨是进行气动噪声探讨的基础,本论文结合数值浅析及实验测量对面铣刀气动流场及气动声场展开探讨,浅析气动噪声源的形成机理及气动声学特性,并探讨降低面铣刀气动噪声的策略。探讨成果可为低噪声面铣刀的研制及运用提供论述依据。首先,通过搭建高速面铣刀空转噪声测试平台,对两种面铣刀在不同主轴转速下的空转噪声进行测试,探讨不同主轴转速下的空转噪声频谱特性及声压随时间的变化规律。通过比较主轴噪声与机床总噪声,分离出仅由面铣刀高速旋转产生的气动噪声,探讨结果表明,偶极子声源是面铣刀气动噪声主要声源,面铣刀气动噪声包括宽带噪声和离散噪声,宽带噪声随频率变化波动不大且分布在较广的频率段内,是面铣刀气动噪声的重要成份。其次,建立面铣刀三维实体模型,采取CFD (Computational Fluid Dynamic)技术对面铣刀流场进行模拟计算。在定常及非定常条件下分别采取RNG (Renormapzation Group) k-ε及LES (Large Eddy Simulation)湍流模型对面铣刀运转于不同主轴转速时的流体运动情况进行详细浅析及总结,同时对面铣刀表面不同观察点处的脉动压力进行探讨。为高速面铣刀噪声预测模型的提出及气动噪声传播机理的探讨奠定了基础。然后,结合CFD模拟结果,基于FW-H (Ffowcs Wilpams Hawkings)方程建立高速面铣刀气动噪声预测模型,将论述预测结果与实验测试结果进行比较,验证气动噪声预测模型的正确性。数值计算面铣刀不同区域声源产生的气动噪声,浅析各声源产生气动噪声的机理,评估各声源对气动噪声的贡献量。探讨面铣刀气动噪声指向性,探讨结果表明：面铣刀气动噪声是观察点与面铣刀中心径向距离的函数,在水平面内没有显著变化,而在面铣刀轴向具有显著的噪声指向性。最后,基于高速面铣刀气动噪声预测模型,探讨面铣刀直径和高度、齿数、齿距布置及容屑槽结构等几何要素对气动噪声的影响规律。探讨结果表明：而铣刀气动噪声随着刀具直径的增大而增加但增加量逐渐减小。不等齿距布置能够转变铣刀气动噪声声能分布,降低旋转频率处声压级,有效拟制‘啸声’。齿数是影响气动噪声的重要因素,气动噪声随着面铣刀齿数变化呈现非单调的变化规律。通过浅析不同结构容屑槽区域产生的气动噪声及其总压分布,发现容屑槽结构及体积是影响高速面铣刀气动噪声的重要因素。关键词：面铣刀论文气动噪志论文计算气动声学论文噪声预测模型论文
摘要9-11
ABSTRACT11-13
主要符号及其单位13-16
第1章 绪论16-34
1.1 课题探讨的目的及作用16-17
1.2 气动噪声探讨的论述策略17-25
1.2.1 气动噪声声源的类型17-20
1.2.2 计算流体动力学(CFD)的进展20-21
1.2.3 计算气动声学(CAA)的进展21-23
1.2.4 CFD技术在气动噪声预测中的运用23-25
1.3 气动噪声国内外探讨25-32
1.3.1 旋转类机械气动噪声26-28
1.3.2 旋转类机械降噪技术28-32
1.4 课题探讨的主要内容和论文结构32-34
1.4.1 探讨目标32
1.4.2 探讨内容32-34
第2章 高速面铣刀气动噪声的实验探讨34-50
2.1 面铣刀噪声测试装置34-39
2.2 面铣刀噪声测试步骤39
2.3 面铣刀噪声测试结果浅析39-48
2.4 本章小结48-50
第3章 面铣刀流场的CFD三维数值模拟50-72
3.1 面铣刀流场计算模型50-51
3.2 面铣刀三维数值模拟51-57
3.2.1 流体运动制约方程51-53
3.2.2 流体数值计算策略53-55
3.2.3 流体区域网格的划分及边界条件的定义55-57
3.3 面铣刀流场定常数值模拟结果浅析57-61
3.4面铣刀流场非定常数值模拟结果浅析61-65
3.5 面铣刀表面脉动压力特性65-69
3.6 本章小结69-72
第4章 面铣刀气动噪声源及远场噪声浅析72-86
4.1 气动噪声预测论述72-75
4.2 面铣刀气动噪声预测模型75-76
4.3 面铣刀气动噪声主要声源浅析76-83
4.4 面铣刀气动噪声指向特性探讨83-85
4.5 本章小结85-86
第5章 高速面铣刀结构参数对气动噪声的影响规律86-106
5.1 面铣刀直径和高度对气动噪声的影响86-88
5.2 面铣刀齿距布置对气动噪声的影响88-91
5.3 面铣刀刀齿密度对气动噪声的影响91-95
5.4 面铣刀容屑槽对气动噪声的影响95-105
5.5 本章小结105-106
第6章 结论与展望106-110
6.1 结论106-107
6.2 革新点107-108
6.3 展望108-110
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