超声研齿振动子系统的研究与变幅杆设计

介绍了超声研齿的原理与方法,对超声研齿振动子系统进行了研究与分析。依据四端网络的基本原理,利用力电类比的方法,给出了换能—变幅器的等效电路图,并通过电路运算,推导出换能—变幅器的频率方程和放大倍数的计算公式。据此,设计出了谐振特性良好的超声研齿换能—变幅器。最后对超声研齿振动系统的谐振特性进行了测量,理论计算与试验基本相符。     

带轴锥齿轮超声研齿振动系统的设计与试验

为了满足带轴锥齿轮超声研磨加工的谐振频率要求,利用波动理论对不同结构的3种带轴锥齿轮的超声变幅系统进行谐振设计,建立了统一的谐振频率方程,并对位移放大系数和最大应力进行了比较。运用有限元方法,对由复合变幅杆和换能器组成的超声激励-变幅振动系统进行了模态分析和谐响应分析。最后对超声振动系统进行了阻抗分析和频率测试。试验结果表明：实际超声振动系统的谐振频率为23.269kHz,与设计频率误差约1.17%,试验结果与有限元分析和理论分析结果基本吻合,验证了理论设计的准确性。     

大负载纵弯谐振超声磨削变幅器的设计与试验

基于Mindlin中厚板理论,针对超声磨削系统中的大负载砂轮进行了纵弯谐振变幅器的设计研究。将纵弯谐振变幅器分为变幅杆、基体环盘、磨料层环盘三个部分,分别建立各部分的位移与应力函数,利用边界条件建立纵弯谐振超声磨削变幅器的频率方程。根据频率方程设计了超声磨削变幅器,通过有限元分析和超声谐振试验对所设计的变幅器进行了试验研究。试验结果证明:超声磨削变幅器的谐振频率与设计频率基本一致,实际测得的砂轮振幅曲线与有限元仿真和理论计算取得的曲线的形态基本一致,验证了超声磨削纵弯谐振变幅器设计方法的正确性,为超声磨削系统的设计提供了理论依据。     

压电超声换能器电负载调频特性研究

压电超声换能器由于具有较高的机械品质因数,因此对谐振频率的变化十分敏感。在负载、温度等工况因素影响下,超声换能器谐振频率会发生偏移,从而造成其出现工作性能下降甚至完全失效。提出一种电负载影响下的超声换能器等效电路,建立谐振频率与电负载的关系模型,并通过仿真以及试验进行验证。结果表明,这种电负载调频的压电超声换能器,可以有效地克服谐振频率偏移带来的性能损失问题,为新型超声加工系统的研制奠定了理论基础。     

基于ANSYS的超声拉丝二阶换能系统仿真研究

为了研究变幅杆的不同变截面、变截面倾角对超声拉丝二阶换能系统动力学特性的影响关系,寻求合理的变截面杆组合参数和规律,根据四端网络法和有限元法综合设计了以圆锥型、指数型以及悬链线型为变幅杆上变截面的超声拉二阶换能系统.采用ANSYS软件建立其有限元模型,进行模态分析和谐响应分析,得到谐振频率、振幅和振幅沿着轴向距离的分布规律;并探究二阶变幅杆的三种不同变截面、各变截面倾角对换能系统谐振频率和振幅的影响.分析结果表明,圆锥型变幅杆的二阶换能系统具有最大的振幅和振幅放大倍数.     

铝合金超声铸造中换能系统的有限元仿真分析

根据任意变截面杆纵向振动的波动方程,推导了用于超声波铸造的换能系统各部分的频率方程,并应用有限元分析软件ANSYS对结构进行了模态分析和谐响应分析,得到了系统的共振频率、位移节点、振速分布和输出振幅等重要参数,并应用多普勒测速仪进行了实验验证.与理论计算结果和试验测试结果比较,有限元仿真分析法获得了较高的精度.     

大负载纵弯谐振变幅器谐振特性的研究与试验

大负载功率超声纵弯谐振变幅器在旋转超声加工、超声清洗、金属疲劳检测等领域应用广泛,针对大负载工具的应用现状,对阶梯环盘负载与变幅杆组成的功率超声纵弯谐振变幅器进行了设计研究。基于Mindlin中厚板理论,建立了纵弯谐振变幅器的振动模型,推导了频率方程与变幅器振型解析表达式,设计了不同材料大负载功率超声纵弯谐振变幅器。通过阻抗分析试验和超声谐振试验对所设计的变幅器进行了谐振特性研究。对比试验结果证明:大负载功率超声纵弯谐振变幅器的谐振频率与设计频率相比最大误差为4.95%,理论计算与谐振试验得到的三环盘振幅曲线的整体形态一致,零振幅位置最大偏差为6.51%,变幅器作纵弯谐振,为超声谐振系统的设计与应用提供了技术参考。     

机电伺服系统极限环谐振现象的影响因素研究

针对机电伺服系统在低频模态负载状态发生极限环结构谐振现象进行机理分析,辨识负载效应模型,针对性进行避免极限环结构谐振的试验,并对试验效果进行分析。仿真和试验结果表明,该方法能使系统负载谐振频率得到提高,极限环结构谐振现象消失,显著改善伺服系统的动态性能。     

带工具的超声打孔换能器设计与分析

根据一维传输线理论设计了超声打孔换能器,采用Abaqus有限元分析软件对换能器进行模态和谐响应仿真分析,研究工具在不同直径、长度以及不同安装位置对换能器的谐振频率、节点位置的影响。仿真结果表明:工具直径和长度对换能器谐振频率的影响呈线性变化,随着工具尺寸增大换能器谐振频率降低,而刀具安装位置对位移节点位置的影响很小。     

高效压电陶瓷加工原理探讨

针对波导管等特殊管状物体内壁的加工,提出了内腔压电超声换能推挤原理,采用了具有频率自动跟踪系统的超声波发生器,自行设计了用于管内腔超声推挤的压电陶瓷换能器,并设计给出了变幅杆--推刀振动子系统的谐振频率、位移节点、放大倍数等计算公式,测出了声学系统的电导--电纳特性,并进行了工艺试验,探讨了超声推挤过程.     

基于并联谐振匹配的超声电机阻抗特性

针对目前对超声电机及其驱动系统的阻抗特性测试均局限于单定子和低电压的现状,提出了超声电机及驱动器组成的并联等效电路整体模型,通过电学仿真得到机电系统的阻抗特性。通过傅里叶分解的方法对电机驱动电压和驱动电流信号进行处理,得到超声电机实际工作中的阻抗特性。通过仿真分析和实验可知:机电系统随着驱动频率的降低,阻抗呈单调增大的趋势,同时电机负载扭矩(小于额定扭矩)越大,系统阻抗越小;机电系统谐振匹配频率越小,系统阻抗越小,同时谐振匹配点越靠近电机共振频率,系统阻抗模随着驱动频率的减小,增大得越快。最后,通过机电系统阻抗特性提出超声电机实际工作的理想频率和驱动器的谐振匹配频率均应略大于电机共振频率的频率点。     

劈刀悬伸长度对超声声学系统振动特性的影响研究

针对引线键合劈刀悬伸长度对声学系统谐振频率及劈刀刀尖振幅的影响等问题,推导出了换能器与变幅杆整体频率方程,建立了超声引线键合声学系统的有限元模型,开展了有限元模态分析,通过改变劈刀相对偏移量,得到了不同相对偏移量下对应的声学系统振动模态图、谐振频率和劈刀刀尖振幅,从而得到了相对偏移量与声学系统谐振频率及劈刀刀尖振幅的散点图及函数关系,在Agilent阻抗分析仪上对有限元分析结果进行了评价,进行了振动参数测试。研究结果表明,仿真结果和测试结果比较吻合,通过改变劈刀悬伸长度可以改变声学系统的谐振频率和刀尖振幅,当劈刀的悬伸长度为2 mm左右时,刀尖振幅达到最大,同时劈刀悬伸长度对于系统振动模态影响不大,且主模态与相邻模态相差较远,可有效避免系统频率混叠现象。     

超声珩齿新型变幅器动力学特性研究

为解决超声珩齿振动系统的设计问题,将齿轮简化为厚环盘,基于变截面变幅杆纵向振动波动方程和中厚圆环板弯曲振动位移方程,根据中间有孔圆锥型变幅杆与中厚圆环组成的新型超声珩齿变幅器的非谐振性和边界条件,推导出了系统谐振频率方程,利用数值计算分析了变幅器的几何参数对系统谐振频率的影响。通过有限元分析得出变幅器的谐振频率与理论计算结果基本一致。在此基础上,对设计的变幅器进行了动力学试验,测得的动力学参数与理论结果一致,其结果不仅证实了非谐振理论的正确性,而且为超声珩齿变幅器的设计和应用提供了理论依据。     

刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统阻抗特性的影响

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗﹑谐振频率和输出振幅进行检测。仿真和实验结果表明：随着刀具负载的增大,声学系统的阻抗值增大,谐振频率减小,但仿真与实验得出的输出振幅与理论分析不同,这是由于刀具的放大作用造成的。研究结果对声学系统的设计及实际应用有指导意义。     

机械结构液体层厚度超声谐振的测量方法

针对机械结构安全运行的需要,进行机械结构液体层厚度超声谐振测量方法研究。基于垂直入射纵波在三层介质中传播的连续模型,通过对不同厚度液体层超声反射系数分析,提出一种基于超声反射系数谐振频率的液体层厚度测量方法。在对超声谐振测量系统进行标定的基础上,进行机械结构液体层厚度超声谐振测量试验研究,同时研究了3层介质的声学特性对液体层超声反射系数及厚度测量的影响。结果表明,液体层反射系数的谐振频率能够表征其厚度。在对测量系统进行标定的基础上,测量误差基本保持在5%以内。液体层两侧介质材料的变化对液体层的测量基本没有影响,但液体层介质材料的变化将对测量系统产生影响,需要重新对测量系统进行标定。     

超声振动特性在磨削加工系统中的应用

将超声振动特性应用于磨削加工系统中变幅杆的设计,利用振动模态分析和谐振响应分析方法,研究了超声磨削谐振系统和变幅杆的动态特性,确定了变幅杆的共振频率及在该频率下的谐振响应状态,求出了变幅杆自由端面在谐振状态下的振幅,由此获得了变幅杆的振幅放大系数。据此设计了最佳形状的变幅杆,并通过仿真分析验证了其设计合理性。     

电液谐振疲劳试验新方法

研究2D高频转阀控制液压缸实现谐振疲劳试验新方法。提出2D高频转阀控制单出杆液压缸谐振疲劳试验方案,2D高频转阀阀芯可以双自由度运动,阀芯旋转运动可以控制系统激振频率,阀芯轴向滑动可以控制系统输出载荷力幅值,液压缸无杆腔初始容积变化可以控制系统谐振频率。建立2D高频转阀、单出杆液压缸和阀控缸系统的数学模型,建立阀控缸系统的Simulink非线性仿真模型,仿真研究液压缸无杆腔定初始容积时阻尼对系统输出载荷力幅频特性、相频特性和系统流量的影响,及谐振工况时载荷力波形失真度和载荷力幅值控制方法。试验结果验证了电液谐振疲劳试验新方法的可行性。该方案能有效提高电液疲劳试验的谐振频率,拓展电液高频疲劳试验机在工程领域的应用范围。     

基于PZFlex的超声滚压振子仿真分析

研究一种用于超声滚压的夹心式压电超声振子,应用一维纵振波动方程,对其进行结构参数计算。基于理论计算结果,使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析及谐振频率下的端面位移振动情况分析,且根据仿真结果,设计并制造了相应的压电超声振子,并采用频率特性分析仪测量得到其实际谐振频率,采用多普勒测振仪测量得到其端面位移振动情况,结果仿真结果与实际测量值符合较好。     

适用于深腔加工的超声振动系统设计与试验

针对传统深腔加工过程中由于切削力、切削热过大而导致其加工精度降低、表面质量较差的问题。提出一种适用于深腔加工的超声振动系统方案,设计了旋转式有气隙的无线电能传输装置、超长型指数过渡复合变幅杆,并通过仿真软件和试验对其结构进行了分析和验证。试验结果表明:超声振动系统未达到最佳谐振状态前,其输出端振幅随着超声波发生器功率的增大而增大。整个系统在8小时连续工作过程中,系统谐振频率、电流保持稳定,输出端振幅基本不变、雾化效果良好,且零部件深腔加工的表面质量和加工精度也较高。     

非线性振动系统基于频率俘获现象的谐振同步分析

基于单质体非线性振动系统的机电耦合动力学模型,在对非线性振动系统起动过程中出现的频率俘获现象定量描述的基础上,考虑非理想振动系统的激振源与系统非线性振动运动的相互影响,研究了双激振源非线性振动系统基于频率俘获作用,实现谐振同步的理论条件。并依据激振电动机驱动系统与振动机械系统之间的耦合动力学模型及试验测定的试验台机械特性参数,通过数值仿真及试验,验证和解释了非线性振动系统频率俘获现象下,系统双激振源的谐振同步问题,指出非理想非线性振动系统的频率俘获现象,以及该现象下的多激振源谐振同步运动与振动系统的非线性强度、刚度、阻尼等参数之间的关系。研究结果对多激振源激励非线性振动系统的谐振同步运动现象分析,提供一定的理论支持和试验依据。