材料和几何形状对变幅杆固有频率的影响研究

超声复合加工的加工能力与变幅杆的振动特性有关,为了提升材料利用率,利用模态分析法对四种常用几何形状,及铝合金、钛合金和45钢三种材料的变幅杆进行了模态分析。结果表明：在理想轴向振动模态下,四种几何形状中,指数形的固有频率最高,其中钛合金指数形变幅杆的仿真频率与设计频率最接近;铝合金圆锥形变幅杆的频率与泊松比、密度呈负相关,与弹性模量的呈正相关;四种几何形状中,阶梯形变幅杆固有频率范围最宽,圆锥形变幅杆最窄。对于需要频繁更换工具头的超声系统可选用固有频率的范围较大的45钢阶梯形变幅杆。以上结论为超声复合加工中变幅杆选材提供了参考。     

超声旋压复合变幅杆的设计计算与仿真分析

超薄壁圆筒的旋压生产过程中极易出现旋压失稳情况。旋压载荷过大是导致失稳的主要原因,而超声可以有效降低塑性变形载荷。在超声旋压系统中,变幅杆是关键的部件之一,其设计关系到系统的谐振,输出振幅大小及阻抗匹配等。就应用于超声旋压系统的变幅杆进行理论上的设计计算,并利用MSC.Marc有限元分析软件进行模态分析,验证理论计算的正确性,设计出能够应用于超声旋压系统的复合变幅杆,实验检测表明实际固有频率符合设计要求。     

超声珩齿指数型变幅器的动力学特性

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,超声和珩齿进行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,是一类特殊负载(直径大,厚度小),且对振动系统的加工频率影响大,在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮组成变幅器进行全面考虑.鉴于此,根据应力耦合,将齿轮作为圆盘,采用指数型变幅杆,推导频率方程,对变幅杆的设计长度和变幅器振动频率进行数值分析,发现变幅杆的共振频率恰好是变幅器的失谐频率,变幅器的共振频率与变幅杆的固有频率也不相同,这能够为超声珩齿变幅器的设计提供理论依据.     

超声变幅杆的设计及有限元分析

超声变幅杆在超声加工中的应用日益广泛。结合超声变幅杆理论,采用ANSYS10．0对变幅杆进行了模态分析和参数修正,在此基础土,设计并加工了一个应用于超声显微切割系统中的、谐振频率为60kHz的半波长圆锥形变幅杆,并进行了相关实验。实验结果表明,利用ANSYS软件辅助设计方法得到的超声变幅杆,其谐振频率与模态分析值非常接近,为超声变幅杆的设计、校核和优化提供了一种新途径。     

非均匀介质超声铣削系统振动特性研究

采用纵扭复合超声振动铣削进行加工时,由于加工中心等空间受限场合对超声振动系统的尺寸限制,利用四分之一波长理论设计集换能器和复合变幅杆为一体的非均匀介质超声振动变幅系统,在变幅杆部分设计螺旋槽结构实现纵扭共振,并研究纵扭模态转换理论。对非均匀介质变幅系统进行有限元分析,仿真结果表明纵振系统固有频率理论值与仿真值接近,偏差仅为0.245%;对螺旋槽结构进行仿真发现槽深对其对超声变幅系统固有频率、扭纵幅值比例影响较大,螺旋角的影响次之,槽宽影响最小,振动系统测试实验表明固有频率和扭纵幅值比的仿真结果与实验结果变化趋势一致。分别对TC4钛合金和C/C碳纤维进行纵扭超声振动铣削和传统铣削实验对比,结果显示相对于传统铣削,在纵扭超声振动铣削加工中两组材料表面粗糙度值Ra分别下降78%和47%。纵扭复合非均匀介质超声振动铣削系统结构简单紧凑、振动幅值和方向可控性较好,采用纵扭超声振动铣削能有效提高工件表面加工质量。     

超声振动切割细胞系统的设计

根据细胞微切割实验对超声振动切割系统的要求,对夹心式超声换能器和超声变幅杆组成的振动系统进行了设计,超声换能器采用夹心式压电换能器,变幅杆是一种将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成的新型复合圆锥阶梯形变幅杆,设计了超声换能器和变幅杆的基本结构,并给出其制造尺寸.     

超声变幅杆的模态分析和谐响应分析

运用有限元方法对四种变幅杆进行了模态分析和谐响应分析,研究了超声加工中变幅杆的动态性能,找出了变幅杆的固有频率,并在变幅杆达到谐振状态的条件下,求出了变幅杆的位移节点、放大系数、应力应变极大点位置.结论表明,有限元分析结果与理论分析结果符合较好,对工程实际中变幅杆的设计与研究具有较高的参考价值.     

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。     

指数型超声变幅杆有限元分析与试验

针对传统解析法设计的变幅杆不能直接运用于超声振动系统,变幅杆结构需要修正的问题,采用有限元分析的方法对指数型超声变幅杆进行了优化设计,确定出变幅杆的最后结构,使设计的变幅杆符合实际应用要求;依据设计制造了一批变幅杆,并进行了谐振频率测试。测试数据经统计分析后,其结果表明有限元分析法设计的变幅杆可以较好地满足使用要求。     

超声辅助磨削振子设计研究与试验

为了解决传统设计方法对较复杂结构的超声磨削加工变幅杆的计算存在缺陷的问题,通过采用分段近似趋近方法,对超声加工振动系统变幅杆进行求解计算。运用传输矩阵,建立超声变幅杆频率方程的一般形式及放大系数。通过对无简单解析解的变截面变幅杆进行分段近似设计,得出相应的设计结果,采用有限元仿真、阻抗分析及样品对比试验进行验证。得出结论,运用分段近似趋近设计方法对超声变幅杆进行设计能够达到工程设计需要。     

带工具头变幅杆的优化修整及其振动性能试验

基于波动理论对变幅杆进行设计,借助有限元软件对变幅杆进行优化,提出复杂截面变幅杆优化修整的方法,获得结构参数对变幅杆固有频率的影响规律,该规律可为变幅杆的现场修整提供一定理论依据。按优化结果制作变幅杆,并对其进行振动性能试验,试验结果表明:系统振动性能良好,频率为34.813kHz时出现谐振点,振幅为11.38μm,其与有限元分析所获得的结果高度吻合,由此从试验角度佐证了该优化修整方法的可行性。     

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。     

超声波加工中变幅杆的设计方法分析

变幅杆是超声加工振动系统中的一个重要组成部件。利用ANSYS软件对圆柱圆锥复合型变幅杆进行了模型建立、单元选择和网格划分,并通过谐响应分析得出变幅杆输出端面产生的位移响应。分析可知有限元法能有效提高所设计的变幅杆的整体性和适应性。     

基于ANSYS的辅助变压器柜结构模态分析及稳态响应研究

对辅助变压器柜体建立了有限元力学模型,应用有限元方法对在偏心载荷下的柜体进行模态和谐响应分析计算,从理论上得到柜体动态力学特性和稳态响应,确定了辅助变压器柜在振动激励频率（0～99Hz）下的振动显著位置,提出柜体结构优化的方法.分析结果表明,优化后的柜体整体振动速度和振幅均有明显降低,同时也为其他同类产品的设计提供了参考.     

轧机主传动轴系扭振固有频率计算的有限元法

采用有限元法计算了直串式轴系和分支式轴系的扭振固有频率及其在冲击转矩作用下的转矩放大系数，与集中参数法的结果相比较，验证了用有限元法分析轴系扭振问题的可行性。最后使用有限元法计算了某钢厂冷轧机主传动轴系的扭振固有频率和转矩放大系数。     

阻尼孔振荡流态下的动态特性分析

研究阻尼孔元件的动态流量特性时,由于阻尼孔动态数学模型中涉及非直接测量物理量参数的估计,利用纯数学模型难以准确描述其特性.以阻尼孔理论研究为基础,建立细长型阻尼元件的三维分析模型,通过在阻尼孔两端加载遵循正弦规律变化的动态压力载荷,采用有限元的分析方法对阻尼孔在低频微幅振荡状态下的流量特性进行分析.分析结果表明,当阻尼孔内流体处于低频微幅振荡流动状态时,其孔内瞬态流量与元件两端差压同频不同相,其瞬态流量振动幅值与元件两端差压呈比例关系,比例系数与振荡频率相关,但瞬态流量振动的相位滞后角则完全由振荡频率决定.     

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。     

超声珩齿指数型变幅器动力学特性研究

为研究超声珩齿振动系统的非谐振设计,扩展该理论的应用范围,提出中厚圆环板及变幅杆组成的变幅器的力耦合条件,建立了变幅器的数学模型,基于Mindlin理论推导了变幅器的频率方程。利用MATLAB软件求出了变幅器设计参数的数值解,得出了一组变幅器的设计参数,用有限元对进行模态分析,发现与理论设计要求的振型和频率完全相同,从而验证了非谐振设计方法的可行性。该理论方法使变幅器设计由含薄圆环板类齿轮的情况拓展到含中厚圆环板类齿轮的情况。     

新型桥式固态限流器中耦合变压器特性的研究

针对新型桥式固态限流器中的耦合变压器,提出了一种分析和设计方法.场路耦合有限元方法能够准确地分析此系统在线变压器的运行特性.所提出的基于变阻抗原理的变压器设计方法可以使耦合变压器兼有限流电抗器的作用,从而使整个限流系统以及变压器本身的体积和成本大大减少,具有良好的应用前景.