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。     

径向振动匹配层换能器的设计参数及模态优化

设计基于匹配层外壳的径向振动换能器,分析匹配层材料、换能器直径、压电振子厚度对换能器模态振型的影响,并结合设计频率下最佳模态振型优化换能器设计参数。结果表明:树脂基匹配层显著提高换能器在空气介质中的发射效率。随着换能器直径减小、压电振子厚度增加,径向振动换能器激振效率提高。优化的换能器直径为100 mm,压电振子厚度为10 mm,在第三阶谐振频率为34 729 Hz时,可实现高效率、高质量振动辅助研磨加工。      

超声辅助电火花加工装置的研制及其振动特性研究

针对电火花加工过程中排屑不畅及容易拉弧、短路的问题,提出了基于工具电极振动的超声辅助电火花加工方案。设计了超声辅助电火花加工装置的结构形式,通过APDL建立有限元模型进行模态分析,确定出使用夹心式压电换能器的轴向纵振模态,着重探究了干模态和湿模态对谐振频率的影响;随后进行谐响应分析,研究激励电压频率对振幅输出特性的影响规律;最后进行了装置的制造及装配,测试了其阻抗特性及振型,并最终标定出其电压-振幅输出曲线。基于平台开展了电火花试加工实验,验证了超声辅助电火花加工方案的可行性和有效性。     

安装端面对换能器谐振性能的影响

在换能器的设计过程中,用来安装换能器的端面往往被设计者忽视.文章从半波长换能器的等效电路出发,利用机电类比方法,推导出带安装端面换能器四分之一波长振子的输入电导纳的表达式和频率方程,并讨论了安装端面对换能器谐振性能的影响:即随着安装端面长度和直径的减小,换能器的谐振频率下降,要使换能器处在最佳的谐振状态,应根据安装端面的尺寸相应调整前端盖长度;同时按照功率超声振动系统的原理和要求,设计了一套复合纵向换能振动装置,并依据研究结果设计制作了超声换能器,结果表明换能器在设计频率下工作正常,验证了设计的正确性.该研究结果为换能器优化设计和使用提供了理论依据.     

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...     

压电换能器在谐振频率附近的等效电路仿真及实验研究

针对压电换能器的串并联谐振频率附近难以确定其最优匹配阻抗参数等问题,采用saber软件对阻抗匹配过程中匹配电感的参数进行仿真分析,以研究匹配电感参数对串并联谐振频率区电流大小及高频变压器次级电流电压相位差的影响。同时,对空载、加载等工况下串并联谐振区进行实验研究与验证。研究结果表明:将匹配电感调至最佳值时,压电换能器的输出电流最大,高频变压器次级电流电压相位差为零;压电换能器在空载工况下,其工作于串联谐振状态时的性能较好;而在加载工况下,其工作于并联谐振状态时的性能较好。     

超声波椭圆振动装置设计及其振动特性控制

基于PZT-8陶瓷晶片的压电效应和超声波声学特性,设计制造了超声波换能器和变幅杆。根据椭圆轨迹形成机理,搭建了超声波椭圆振动装置,分析了两相激励电压值和相位差与椭圆形状的关系。实验与测试结果表明:超声振子的谐振频率符合设计要求,单向振动轨迹为正弦谐振曲线,两振动系统运动叠加形成椭圆轨迹;根据特定加工条件调整装置激励电压和相位差,可控制椭圆振动轨迹的形状。     

超声波振动拉管系统的失谐补偿研究

本文研究将超声波振动加工技术应用于拉管系统中由于负载的影响而导致系统振动失谐的问题。首先对换能器系统建立一维模型 ,定性地分析换能器及加工过程相关各参数对谐振特性的影响。进而通过对等效负载与系统谐振频率的关系的研究 ,提出通过频率适配装置进行失谐补偿的方法 ,并采用有限元仿真和试验的方法进行验证     

空气耦合超声换能器声场的时域计算方法

通过超声波在空气中的二次方衰减特性,推导出空气中时域格林函数的解析表达式。基于该函数和瑞利积分建立了空气耦合超声换能器时域声场的快速计算模型,并对圆形换能器声场进行仿真。结果表明,相对于无衰减介质,空气中时域信号的高频成分被极大地削弱,信号幅值随传播距离的增加而明显降低,轴向近场长度明显减小。该研究为空气耦合超声换能器声场的模拟提供了快速的计算方法,研究结果对于空气耦合超声换能器的设计和校准具有参考价值。     

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.     

金刚石拉丝模超声加工自动频率跟踪系统设计

在分析金刚石拉丝模超声加工原理的基础上,讨论了超声频率自动跟踪的必要性,提出了基于模拟锁相环技术的频率跟踪电源系统的设计。通过外围硬件电路检测辨别换能器两端电压和电流信号的相位差方向,控制CD4046锁相环输出频率的大小,使换能器的工作频率始终在谐振频率点。在加载不同长度工具针负载的情况下,对自动跟踪电源系统进行压电阻抗分析测试,实验结果表明,该系统具有良好的频率跟踪性能。     

基于Matlab压电超声换能器匹配电路的研究

为了使超声振子获得良好的振动效果,必须设计高效的匹配电路。对单个电感、电容的串联和并联匹配电路进行了研究。利用等效电路法推导出匹配电路的阻抗公式,根据该公式,采用Matlab平台仿真得到不同参数的各匹配电路阻抗特性曲线。通过分析阻抗特性曲线得出匹配电路及匹配参数对系统谐振频率、阻抗及机电耦合系数的影响规律。实验结果表明:仿真结果与实验结果一致,所得结论为压电换能器匹配电路的设计提供了理论依据。     

纵扭复合超声椭圆振动振子的设计与实验研究

基于纵振波动方程和扭振波动方程设计一种纵振振子和一种扭振振子,利用有限元分析方法 (FEM),提出一种对纵振振子和扭振振子结构振动曲线进行简并设计新型纵扭复合超声椭圆振动振子的方法,对简并的超声椭圆振动振子进行了结构动力学仿真分析,并对纵扭复合超声椭圆振动振子样机进行阻抗特性和振动特性实验研究。结构动力学仿真、样机阻抗特性和振动特性实验得到的参数和曲线对纵扭复合超声椭圆振动振子的制造、装配、电路阻抗匹配和生产应用具有一定指导意义和参考价值。     

材料表面缺陷检测用空气耦合超声换能器的研制

为解决在材料表面缺陷检测用空气耦合超声换能器的研制中,压电陶瓷材料与空气之间存在的巨大阻抗失配问题,将空心玻璃微珠和环氧树脂进行复合,制备出密度为550 kg·m^-3,声速为2 300 m·s^-1,声阻抗为1.3 MRayl,声衰减系数(2.25 MHz下)为344 dB·m^-1的低声阻抗、低衰减的匹配层材料,并采用1/4波长匹配原理进行换能器设计。在此基础上制作空气耦合超声换能器,对其进行导纳谱测试和回波信号测试分析。结果表明,研制出的空气耦合超声换能器中心频率为204 kHz,-6 dB相对带宽为21.0%,具有较好的灵敏度和带宽。     

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。     

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.     

TIG焊变频电流下熔池谐振检测与研究

建立基于弧光传感的试验系统,在定点电弧在连续行走电弧下,利用频率线性变化的变动焊接电流对薄钢板ＴＩＧ焊熔池进行激振,当熔池固有振荡频率同激振电流频率一致时,熔池发生谐振。通过对电弧弧光采样数据幅值提取,检测出熔池振荡特征信号并可证明为熔池谐振信号,可用于实时判断焊接熔池尺寸信息,为解决连续行爱控制开辟了一条新途径。     

基于ANSYS的高速冲床冲头的模态分析

以通快公司生产的某型号数控冲床为研究对象,介绍了该型号数控冲床中旋转丝杠冲头装置的结构及其工作原理,并对其丝杠进行了有限元分析。对丝杠模型进行简化,使用有限元分析软件ANSYS通过模态分析得到了丝杠前10阶固有频率和振型,并通过实验验证了建模和分析的正确性。模态分析结果表明,当激振频率接近第八阶固有频率时,易对冲头造成破坏。因此在设计时可根据固有频率得到丝杠刚性薄弱的部位,给予加强,并对其进行谐振响应分析,观察丝杠在外部激振下的响应,校核安全条件下丝杠的最高转速,尽量避免丝杠冲头在谐振频率下工作。     

基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法

针对电力系统绝缘子安全检测需要,提出一种基于随机振动响应谐振频率偏移的绝缘子无损检测方法。利用Abaqus有限元仿真软件,进行了绝缘子振动模态和随机振动响应分析。根据支柱陶瓷绝缘子断裂位置多发生在其上下法兰附近的实际情况,对无缺陷绝缘子和上、下法兰区有裂纹绝缘子的随机振动响应进行了数值仿真和检测试验研究。结果表明,可以通过绝缘子随机振动响应的谐振频率偏移进行绝缘子无损检测,即上部法兰区的裂纹会导致谐振频率向高频偏移,而底部法兰区的裂纹会导致谐振频率向低频段偏移。在此基础上,通过数值仿真研究了裂纹深度对谐振频率偏移的影响。