超声加工中变幅杆的动力学分析

运用ANSYS软件动力学分析中的模态分析和谐响应分析方法，研究了超声加工中变幅杆的动态性能。找出变幅杆的固有频率，并在变幅杆达到谐振状态的条件下，求出自由端面的振幅，由此得到变幅杆的振幅放大比，为超声加工中变幅杆的设计提供了一种新方法。     

大振幅比超声变幅杆的优化设计

以提高超声加工中的材料去除率为目的,基于ANSYS有限元模态分析、谐响应分析模块,利用ANSYS优化设计方法对变幅杆的形状与谐振长度进行优化,完成了在满足许用应力条件下具有大振幅比的新型变幅杆设计.     

一种用于精密振动切削的超声振子的设计与实验研究

精密超声振动切削是一种特种加工方法,对这种切削加工方法的研究工作在国内正处于快速发展阶段,为了能解决其中振动产生的问题并实现精密加工的要求,研制了用于精密数控车床上的超声振子,其中换能器采用压电夹心式结构,变幅杆采用复合式结构,其功能是产生满足切削加工要求的超声振动,并通过仿真与实验的方法验证了设计的变幅杆的性能满足切削加工的要求.最后,进行了精密切削实验,并进行了加入超声振动后与不加振动的车削工件表面粗糙度值的研究,得出超声车削出的工件表面质量优于普通车削.     

基于Mindlin理论的新型模式转换超声振动系统设计与研究

基于波的纵振动理论和Mindlin厚板弯曲振动理论,设计研究了由三段复合变幅杆、中厚圆盘、大尺寸圆筒组成的新型模式转换超声振动系统.对所设计的振动系统进行数值计算和有限元模态和谐响应分析,同时研究各几何参量对振动系统谐振频率的影响规律,并通过实验进行测试.结果表明:设计结果和有限元分析及测试结果之间的误差较小;系统谐振频率随着圆盘厚度的增加而增大,随着变幅杆大小端半径的增加而增加;随着变幅杆各段长度、圆管段高、内径的增大而减小.研究结果验证了所建立的新型超声振动系统谐振频率方程的正确性,所设计系统的结构合理、振动效果良好,为谐振频率的修正提供了依据,也为超声辅助加工技术特别是硬脆材料曲面的高精度加工提供了一种新型超声振动系统.     

超声变幅杆的动力学分析

超声变幅杆是功率超声振动系统的重要组成部分,它的主要功能是把机械振动位移放大并把能量集中在较小的辐射面上,变幅杆的放大系数是超声振动系统中的重要参数。用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的2个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

超声振动系统的数值仿真研究

旋转超声加工是加工硬脆性材料的一种很有效方法,而超声振动系统是其核心和关键。借助ANSYS对超声振动系统的超声换能器、变幅杆进行数值仿真,求出谐振频率、放大系数等重要参数,分析了变幅杆不同的过渡圆弧尺寸和外形结构对超声纵向振动性能参数的影响。     

超声焊接压电换能器的研制

基于变截面杆作一维纵向振动运动方程,在理论分析的基础上,根据四端网络传递方程和端面运动状态推导出了常用截面形状细杆在各种运动状态下边界条件和四端网络传递矩阵参数以及频率方程.研究了适用于超声焊接的压电换能器的设计方法.为说明设计方法,利用四端网络法对压电换能器和变幅杆进行了设计.利用阻抗分析仪测量和分析了超声换能系统的谐振特性,并进行了系统的振动测试.分析和测试结果验证了设计的正确性.     

超声变幅杆的动力学分析（英文）

超声变幅杆是功率超声振动系统的重要组成部分,它的主要功能是把机械振动位移放大并把能量集中在较小的辐射面上,变幅杆的放大系数是超声振动系统中的重要参数。用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的2个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

开斜槽纵－扭复合振动阶梯形变幅杆设计

基于声波传播基本理论,探讨了单激励下斜槽传振杆实现纵-扭复合振动的机制。采用有限元分析方法研究了阶梯形复合变幅杆结构尺寸对其固有频率的影响规律,设计出了谐振频率在20 k Hz左右的纵-扭复合振动变幅杆。研究结果表明:谐振频率为20 498 Hz时该变幅杆能在纵向振动单激励下实现纵-扭复合振动,且振幅呈周期性变化。此研究结果可应用于超声纵-扭复合振动加工声学系统的设计。     

液压马达测试平台有限元分析与优化设计

以液压马达测试平台为主要研究对象,设计一种适用于多种型号马达的安装结构,利用ANSYS Workbench建立结构的有限元模型,对模型进行静力学分析和模态分析,得到螺栓预紧力与转矩载荷作用下的结构静力学性能、固有频率及振型。通过中心复合实验设计和响应曲面分析,总结出支架厚度、肋板厚度、螺栓预紧力和转矩等参数对结构强度、刚度以及固有频率的影响规律,找出合理的设计参数完成结构优化设计。     

超声-电弧复合焊接系统换能器优化设计

研究了超声-电弧复合焊接系统中超声换能器的优化设计方法.根据超声-电弧复合焊接系统工作条件确定了超声换能器整体形式和各部分材料.通过传统解析法推导了超声换能器整体谐振频率方程,求解各部分基础尺寸.利用有限元分析软件ANSYS对解析法设计的超声换能器结构进行了模态分析,研究了前后盖板尺寸对于超声换能器谐振频率的影响并优化...     

微小孔加工超声电火花系统设计

在难切削材料的微小孔电火花加工中,电火花机床的电极丝一般由机床电主轴端部引入导向套中定位,基于此设计一种通孔式超声系统。所设计的指数过渡阶梯形变幅杆能将两种单一形变幅杆的优势结合起来,且便于电极丝的放入。结合所购置的超声发生器和换能器将此变幅杆的谐振频率设计为43 kHz,大端面设计为20 mm,小端面设计为12 mm。计算其余参数后使用ANSYS进行有限元分析、参数优化,并对加工后的超声系统进行阻抗分析试验,再安装于电火花机床上对不同材料进行微孔加工,观测入口形貌。计算与试验表明：仿真优化后的超声系统的频率与实际频率相差很小,稳定性较高;添加超声加工微孔,不论是加工效率还是孔的表面形貌,都比普通电火花加工质量好。试验结果验证了该超声系统符合初始设计要求。     

Thickness measurement approach for plasma sprayed coatings using ultrasonic testing technique

The special ultrasonic testing system has been developed for thickness measurement of plasma sprayed coatings. The ultrasonic immersion method was used to obtain stable coupling condition and avoid other disadvantages of contact method. Spherical acoustic lens were designed to focus ultrasonic beam so as to improve beam directivity and concentrate ultrasonic energy. To increase testing precision and avoid mussy wave signals, moderate pulse width and frequency of the transducer has been selected. The displacement of transducer in X-Y-Z directions was precisely manipulated by step-controlled system to insure the accuracy of focus length and repetition of measurement. Optimized testing conditions (with the transducer of center frequency of 10 MHz and crystal diameter of 8 mm, focus length of 9.5 mm, diameter of focal column of 0. 1 mm and length of focal column of 0.27 mm) were selected to determine the thickness between 285 -414 μm of ZrO2 coatings plasma sprayed on the nickel based superalloy. The frequency interval of the periodic extremums in ultrasonic power spectra decreases with increasing coating thickness. The ultrasonic results accord with those of metallographical method.     

用于机床进给系统的双向驻波直线超声电机

近年来超声电机在机床进给系统中的应用越来越广泛，针对于传统贴片式驻波型超声电机效率低，功率小，不利于在进给系统中应用的现状，文章提出一种利用夹心式弯振换能器的激励弯曲驻波的驻波直线超声电机。运用振动理论分析了电机的致动原理：通过激励两种不同谐振频率的弯曲驻波，并结合驱动齿的合理分布，可实现双向运动。采用有限元法确定其具体结构尺寸，并验证了各驱动齿端部振动轨迹为倾向一致的斜线。制作了样机并测定了其机械输出特性，达到如下指标：最大推力14N，最高速度180mm／s。     

基于DSP控制的超声金属焊接电源

为了进一步提高超声金属焊接的可靠性与稳定性,针对现有模拟超声焊接电源频率跟踪性能差、焊接过程振幅不可调的缺陷,文中提出了基于数字信号处理器(DSP)控制的超声电源方案.通过采集压电换能器两端电压、电流相位差,利用增量式PI控制算法实现了焊接过程的频率跟踪;采用脉冲宽度调节的方式实现了焊接过程超声振幅大小的调节.结果表明,采用数字控制的超声电源,实现了焊接过程振幅的连续可调;负载突变时,0.32 ms时间内可以实现频率跟踪过程.     

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。     

基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计

针对传统的玻璃钢罐体人工开孔方式存在开孔效率低、定位精度低差、开孔质量低等问题,设计一种针对GFRP罐体侧壁开孔的旋转超声加工系统。系统包含工件的输送、装夹、旋转超声主轴、进给驱动和刀具位置调整等部分,重点介绍旋转超声主轴和进给系统。运用有限元法设计带有开孔器的变幅杆,获得满足谐振频率的变幅杆结构,并通过有限元软件对带有开孔器的变幅杆进行谐响应分析,发现刀具振动方向以轴向为主且振动幅度满足要求。     

夹心式换能器设计中节面位置的选择与分析

夹心式压电换能器是功率超声加工系统的重要组成部分,在其设计过程中,不同的节面位置选择会对换能器的尺寸和性能参数产生不同的影响,同时,对整个功率加工系统也产生影响.针对3种节面位置进行分析,得出其在换能器尺寸、前后振速比和有效机电耦合系数方面的3种特殊位置公式,并进行对比分析,为换能器设计初期进行节面位置选择提供了一定的依据.