基于分段近似方法的超声雾化喷嘴振动系统设计

为解决超声雾化喷嘴振动系统某些组成段细杆无简单解析解的设计问题,提出分段近似的模拟计算方法,并对超声雾化喷嘴的振动系统进行设计。利用力电类比方法,基于常见的纵向振动变截面细杆的四端网络,通过对无简单解析解的变截面细杆进行分段近似,建立振动系统的整体传输矩阵,进而实现超声雾化喷嘴振动系统的设计分析。采用不同的模拟精度,以单段指数形、圆锥形、悬链形实心及空心半波长变幅杆和圆锥圆柱形、指数圆柱形、悬链圆柱形的实心及空心半波长复合变幅杆为例,对模拟计算结果与理论结算结果进行比较分析。对比分析表明,模拟计算结果能正确地反映理论计算数值,分段近似的模拟计算方法,可以解决无简单解析解的变截面细杆纵向振动的设计问题。利用基于四端网络传输矩阵的分段近似模拟计算方法对超声雾化喷嘴的振动系统进行设计计算,制造的超声雾化喷嘴工作正常,达到设计目标。     

超声旋压变幅器的设计与分析

在超声旋压系统中,变幅器由变幅杆与旋轮耦合而成,其谐振振型为变幅杆纵向振动与圆盘弯曲振动。该振型计算复杂,很难直接获得较为精确的尺寸,设计过程中需要不断修正尺寸以达到所要求的频率和振型。借助MSC.Marc有限元分析软件对变幅杆与旋轮耦合后的变幅器进行数值模拟分析,研究旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响,得到了旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响规律,设计出了符合要求的变幅器,试验表明其振动效果理想。     

弯曲振动圆盘振动特性试验研究

对超声振动系统中弯曲振动圆盘的振动特性进行了试验研究,结果表明,减小圆盘厚度,谐振频率减小;减小圆盘直径,谐振频率增大。在振动系统设计中,将变幅杆与弯曲振动圆盘设计成一体,克服了原来由于螺纹连接所造成的缺陷。通过试验得知,弯曲振动圆盘是以弯曲振动为主,存在一定反射波的干扰,并且圆盘具有增幅特性,圆盘的最大振幅约为18μm。所获得的结论对振动系统结构设计以及在超声深孔珩磨中的应用有一定的参考价值。     

超声波振动珩磨振动系统试验研究

论述超声波振动珩磨振动系统的原理,通过振动试验分析振动系统中的变幅杆、弯曲振动圆盘、振动子系统的振动效果。     

超声珩齿弯曲振动变幅器的位移特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用可以对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞,提高加工效率,因此超声和珩齿的复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,直径大,厚度小,是一类特殊负载,且对振动系统的加工频率影响大,所以在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮全面考虑建立动力学方程.为此,将齿轮简化为圆盘,加工过程中齿轮作只有圆节线的弯曲振动,采用圆锥型变幅杆,推导变幅杆和圆盘组成的变幅器的频率方程,并利用它设计了变幅器,对变幅器动力学参数的数值计算、有限元分析及试验测量结果一致.通过计算变幅器中变幅杆和圆盘各自独立的谐振频率,发现与变幅器的谐振频率误差较大,说明变幅器设计时必须同时考虑变幅杆和圆盘的相互作用,否则设计的变幅器谐振频率误差过大.     

纵波回形变幅杆的研究

由于在回形变幅杆中,纵向振动通过中间圆盘耦合,传统纵振变幅杆的设计方法已经不能完全适用,根据回形变幅杆的结构特点和振动传播特性,分析了纵波在变幅杆圆盘中发生的模态形式变化。在圆盘部位振动以切向振动模态为主,类似于柱面波径向传插,耦合后又转换为纵波形式输出。基于波动方程建立了回形变幅杆的频率方程,并讨论了利用频率方程结合有限元进行变幅杆结构尺寸的设计方法。试验结果表明,回形变幅杆的频率和变幅比与理论计算结果基本一致,且机械阻抗较小。     

功率超声珩磨铸铁缸体的试验研究

功率超声珩磨装置功率超声珩磨装置就是将超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转换为超声频纵向机械振动,变幅杆将换能器的纵向振动扩大后传给弯曲振动圆盘,挠性杆再将弯曲振动变成纵向振动后传给油石座,油石座带动与其烧结在一起的油石进行纵向振动,如图1所示。我们进行了直径47mm立式功率超声珩磨装置的设计及制造、装配,成功地完成了47mm孔径缸套珩磨系统,实际加工后,考核其尺寸精度均可达IT6级,表面粗糙度可达Ra0.1μm,圆度、圆柱度可达0.007mm,与国外同类装置相比,该超声波珩磨装置具有如下优点:①由于珩磨杆不振动,可节省能量…     

大截面超声珩磨圆锥形变幅杆设计

基于瑞利近似理论对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的纵向振动频率进行修正,给出了频率修正表达式。对一组超声珩磨圆锥形变幅杆进行理论计算和有限元模拟分析,结果与一维纵向振动理论值相比,频率修正值更接近于数值计算值。而当径长比R1/l>0.4时,模态振型伴随弯曲或扭转振动,此时瑞利近似理论已不再适用。与一维纵向振动理论相比,修正频率表达式适用范围更大,对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的工程应用具有一定的指导意义。     

弯曲振动圆盘振动参数设计方法

弯曲振动圆盘作为超声珩磨的重要传声组件，其参数设计好坏对加工效果起着至关重要的作用。文中通过对弯曲振动圆盘固有频率的几种计算方法与实验结果的比较，得出了合适的圆盘振动特性参数计算公式；通过实验，发现圆盘的振动是以弯曲振动为主，且存在一定反射波的迭加；论证了局部共振理论，是复合系统的某些频率与工具杆在固定一自由条件下的谐振频率一致或接近时出现的现象。所获得的结论，对弯曲振动圆盘的尺寸设计和应用具有一定的参考价值。     

超声振动车削系统中纵向变幅杆的结构设计

在对超声振动车削试验系统的纵向变幅杆进行理论分析的基础上 ,设计了可与换能器可靠共振的指数型纵向变幅杆。     

用于管道减振的新型动力吸振器

设计了一种适用于管路系统减振的弹簧片式动力吸振器。该吸振器在结构上采用螺栓与管路进行连接,采用弹簧片-质量块构成弹簧-质量系统对振动进行吸收,具有结构简单、调频和安装方便的优点。对动力吸振器进行了结构设计并进行了参数选择,建立管路有限元模型分析了安装减振器前后系统的谐响应,最后进行了实验验证。实验结果表明,动力吸振器将共振频率下的振动降低了90%以上,与相同质量大小的质量块的减振效果的比较表明,吸振器的减振效果明显优于质量块的减振效果。     

复合棒型换能器锥形前辐射头弯曲振动特性

宽频带声换能器在军用及民用上都有着广泛的应用 ,近几年来国内外都开展了一些研究工作。利用复合棒型换能器的纵向振动基频与前辐射头弯曲振动的恰当耦合 ,可展宽换能器的频带 ,前辐射头是一关键部件。本文用有限元方法计算并分析了前辐射头在水中及空气中不同边界条件下的弯曲振动特性 ,结果表明 :并非所有几何尺寸的辐射头都能激发出弯曲振动来 ,两端自由时和螺栓端固定时 ,弯曲振动基频与辐射头厚度的关系恰恰相反。     

一个轧机参数振动模型

分析研究了带材横向振动导致轧机振动失稳的条件和机理。建立了轧制过程中带材横向振动动力学方程 ,分析带材横向参数振动稳定性、稳定区域和非稳定区域 ,得出开卷和卷取张力波动频率为带材横向振动固有频率二倍或一倍时 ,带材失稳 ,导致轧机振动加剧或失稳。对某平整机驱动电机主回路电流特性进行了分析和现场测试 ,证实了驱动电机主回路电流存在谐波分量 ,实测表明轧机在运行中存在由参数振动引起轧机失稳现象     

弯曲振动圆盘几何尺寸与振动特性关系的研究

对超声珩磨声学系统中弯曲振动圆盘的振动特性进行了试验研究，结果表明，振动圆盘振幅随厚度的减小而增大。并且当圆盘为薄圆盘(厚度半径比≤1/5)时，圆盘振动为弯曲振动，能够获得良好的振动效果，最大振幅可达20.5μm，存在增幅特性，同时可以看出波节圆数目和大小。当圆盘直径不变时，共振频率随圆盘厚度的减小而降低，圆盘在不同频率下被激发共振。所获得的相应最大振幅值，对弯曲振动圆盘的尺寸设计和应用具有一定的参考价值。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

功率超声珩磨缸套加工中谐振系统的试验研究

针对特种加工方法－－功率超声振动加工中的关键技术－－谐振系统的研究进行了一系列的试验研究，从为幅杆、弯曲振动圆盘、振子系统等方面进行了详细的介绍。     

超声电解复合加工装置的振动系统优化设计

为设计精密超声电解复合加工深小孔装置的振动系统,设计了1/2波长超声振动系统和以局部共振理论为指导的工具系统。基于波动方程,分别建立1/4波长超声换能器和变幅杆的解析模型,得到换能器和变幅杆的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的变幅杆和超声振动系统进行动力学分析、压电分析和优化设计,得到了变幅杆和超声振动系统的优化模型。分析结果表明,有限元法对变幅杆和超声振动系统的设计制作具有指导意义,缩短了设计周期,降低了设计成本,所设计的超声振动系统具有良好的性能。     

纵向振子激励源面积对圆盘振动特性的影响

纵振换能器与薄圆盘组成的复合系统在实际中有诸多应用。笔者利用有限元法,研究了不同激励面积的纵振换能器激励薄圆盘中心,该激励源频率与圆盘弯曲振动基频相等时,在产生的弯振模式中,激励源面积大小对该圆盘节圆位置的影响。结果表明:激励源面积保持不变时,频率越高的弯振模式,节圆半径越大;对同一纵振激励源面积,振动系统有多个振动模式,纵振激励源面积在一定大小范围内,该振动系统存在一个与纵振换能器频率相近的纵弯共振模式。在纵弯共振模式下,随着激励源面积的增大,节圆半径减小,最终消失,进一步计算发现该节圆的消失与激励源面积和圆盘面积的比值有关。实验与理论计算基本吻合。