一种大振幅超声变幅杆设计

设计了一种等应力大振幅变幅杆。基于变截面杆的波动方程,ANSYS分析变幅杆振动模态和谐响应,设计了所需频率的等应力变幅杆。在此基础上仿真分析和比较了四种不同形状变幅杆的动态特性,验证了设计的准确性。实验测试所设计的变幅杆,结果显示,在198Vp-p的电压激励下,振幅峰峰值可达148um。     

一种适用于声化学的新型复合超声变幅杆

提出一种新型复合超声变幅杆,该变幅杆总长为一个波长,由五段组成,其中三段为等截面圆柱杆,两段为变截面圆柱杆。给出了该类复合变幅杆的设计方法,并计算了两个实例。结果表明,和普通使用的半波长复合变幅杆相比,该类复合变幅杆具有在不减少甚至增大辐射面积的情况下放大振幅的特点,这对提高整个超声系统的辐射声功率和辐射效率具有积极意义。此类复合变幅杆特别适合在声化学等超声液体处理领域使用。     

扭转振动超声变幅杆计算及其等效电路

在平面波近似条件下,对几种常用的扭转振动半坡变幅杆(截面极惯性矩变化规律为圆锥、指数及悬链线型)进行了系统的理论分析。导出了变幅杆的等效电路,得出了变幅杆的输入机械阻抗、共振频率方程及振幅放大倍数的数学表达式。文中理论分析及所得结果可作为设计或计算扭转变幅杆的理论基础和依据。     

抛物线型超声变幅杆的探讨

提出了一种新型的变幅杆-抛物线型变幅杆。根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导出抛物线型变幅杆的频率方程、节点位置方程、放大系数、形状因数等参数,并用有限元软件ANSYS分析了几个半波长抛物线型变幅杆,得出共振频率。结果表明:抛物线型变幅杆在保持圆锥变幅杆形状因数较大的优点上,放大系数有所提高;有限元分析结果与理论值符合的较好。     

超声变幅杆节点优化设计

介绍了利用ANSYS有限元软件优化设计变幅杆节点位置及确定超声变幅杆固定位置的方法,并与传统的方法进行了比较。     

矩形横截面耦合振动复合变幅杆的设计

本文研究由一部分变截面杆和一部分定截面杆构成的大尺寸矩形横截面复合变幅杆。文章中引进了变幅杆各轴向的等效弹性常数，并推出了具体表达式，利用表观弹性法探讨了大尺寸矩形变幅杆的耦合振动，得出了变幅杆的共振条件，即频率方程。实验表明，与一维理论的计算结果相比，利用耦合振动理论得出的变幅杆的共振频率更加接近于实测值。     

A2弯曲振动变幅杆的设计

按照一般的变幅杆设计理论，超声弯曲振动变幅杆的设计将会非常复杂，为满足工程上的需要，我们在本文中给出一种简单的近似有效的弯曲振动变幅杆的设计方法，并以纯弯曲理论来分析其放大倍数，在考虑了转动惯性及剪切形变的影响后，还阐述了更精确的设计理论，通过实验发现实测的变幅杆谐振频率很接近于理论设计值     

一端带有圆柱杆的复合纵振超声变幅杆的简明设计理论

对一端带有圆柱杆的各种复合型纵振超声变幅杆，用“替代法”（在变幅杆的两端面处，利用机械阻抗相等的办法），求出其谐振频率方程，使设计简单化。为便于应用，本文求出了此种类型的多种复合型变幅杆的谐振频率方程。     

非轴对称变幅杆的设计及阶梯形变幅杆圆滑过渡的研究

在功率超声应用中,最常用的工具头是非轴对称的斧头形变幅杆.本文通过面积等效法将这种非轴对称形状变为轴对称形状.再用通用的计算程序进行计算,用表观弹性法考虑横向振动耦合的影响.对一个实例具体作了计算,结果表明,使用面积等效法和表观弹性法处理非轴对称形状的变幅杆是可行的.本文对阶梯形变幅杆圆滑过渡的影响也作了计算和探讨.     

余弦形负载超声变幅杆输入阻抗特性的研究

研究余弦形负载超声变幅杆输入阻抗特性。求解了加负载时四种超声变幅杆的输入阻抗,得到加负载时输入阻抗和M"obius变换参数的统一算式。当变幅杆的输入抗分量为零时,计算了余弦形负载变幅杆的纵向振动共振频率方程和放大系数。由输入阻抗的表达式讨论了此类变幅杆的工作稳定性条件和相对阻抗相等点,对余弦形变幅杆的实际应用有一定的参考意义。     

A1 超声塑焊变幅器的有限元分析

本文根据有限元原理自编了ＭＶＵＨ程序，可以在微机上运行，并对超声塑料焊接用的变幅器（焊头）进行分析计算，比较了平板变幅器开槽前后以及槽宽对固有频率及变幅器工作端面位移振幅分布的影响，表明开槽后变幅器的固有频率下降，位移分布较均匀，而槽加宽时固有频率略有下降。为检验程序的正确性，曾用ＡＤＩＮＡ程序包进行计算比较，得到较满意的结果，并对固有频率进行实验验证，理论计算和测量结果符合较好。     

阶梯形变幅杆的频率特性分析

计算了圆柱截面阶梯形变幅杆的一阶到六阶纵振动模式的谐振频率,较系统地分析研究了带与不带过渡段的阶梯杆之谐振频率随其粗细段长度比和直径比的变化规律,得到了一些新结果。用两种方法计算谐振频率:一种是求解一维近似解析频率方程,计算程序用MATLAB编制。另一种是用有限元仿真数值计算,利用ANSYS软件,且适合对于任意材料和几何参数的圆截面阶梯杆的任意阶谐振频率的计算。有限元计算与一维近似理论计算得到的频率的变化趋势基本一致。所给频率变化趋势对于变幅杆的设计和加工都能提供参考。在相当大的阶梯杆几何参数空间内,一阶谐振频率随变幅杆粗段与过渡段长度而相应减小。对于实测频率比所期望值高的变幅杆进行频率调整时可以利用上述性质。     

阻性负载超声变幅杆振动特性研究

在纵振型变幅杆等效电路的基础上,研究了三类负载超声变幅杆的共振频率与放大系数。得到了阻性负载时,变幅杆频率方程与放大系数的计算式;分别绘制了共振频率及放大系数随负载变化的曲线图,并给出了分析。这将有助于超声变幅杆的研究和设计。     

考虑负载影响的阶梯形超声变幅杆动力特性

考虑与加工工件表面高频重复撞击对结构动力特性的影响,基于瞬态波传播理论,研究周期激励下阶梯形超声变幅杆重复撞击加工工件的瞬态动力响应,及负载对变幅杆放大特性的影响。首先,建立阶梯形变幅杆力学模型,采用瞬态波响应法分别对接触过程和分离过程动力控制方程进行求解,得到适用于任意级数的阶梯形变幅杆的特征项传递函数,和重复撞击系统的瞬态响应理论解。以工程中常用的三级阶梯形变幅杆为算例,分析了不同外载频率下变幅杆重复撞击动力特性和负载工件对变幅杆聚能效果的影响,得出考虑加工件撞击产生的瞬态响应下的变幅杆放大系数,小于自由振动空载的设计值。可为精细超声加工变幅杆的设计提供更为精确的理论依据     

带过渡段阶梯形变幅杆的有限元分析

对几组不同变幅比带不同过渡段的阶梯形变幅杆进行了有限元分析,获得了阶梯形变幅杆特性随过渡段形状和尺寸变化的一些规律。利用有限元软件ANSYS算出了每个变幅杆的纵振动模式谐振频率。并用其后处理功能得出了粗细端面的相对位移,由此计算振幅放大系数,得到的结果与已有的关于阶梯形变幅杆的理论以及实验结果符合得较好,计算出的谐振频率与实际测量值也较好地相符。文中还利用该软件计算了变幅杆粗细端分界面上的应力及其分布,数据表明过渡段可以显著改善粗细分界面上的应力集中。最后对导波理论和有限元分析方法的结果做了初步比较,两者亦符合较好。     

L型匹配网络对超声换能器振动性能的影响

探讨了L型匹配网络对超声换能器振动频率的影响,从理论和实验两个方面给出了L型匹配网络与机电偶合系数的关系。通过对串联、并联的比较,并对几种方式下的匹配电路参数对系统有效机电耦合系数的影响进行分析,结果表明：通过合理选择匹配电路参数,L型匹配网络能提高压电换能器的有效机电耦合系数。     

大尺寸立方体开槽超声塑料焊接工具头的优化设计

谐振频率、频率间隔性、振幅均匀度是大尺寸超声塑料焊接工具头设计中的几个主要指标。基于工程实际,以工具头纵向长度、槽宽度及槽长度为设计变量,纵向谐振频率和频率间隔值为状态变量,振幅均匀度为目标函数,利用有限元软件ANSYS的参数化分析技术,对大尺寸立方体超声塑焊开槽工具头进行了优化设计。结果表明,该优化方法能很好地解决大尺寸超声塑焊工具头的设计问题,既提高了设计效率,也降低了设计成本。     

余弦型扭转振动超声变幅杆的研究

从波动方程出发,对余弦型变幅杆的扭转振动进行了系统探讨。利用传统方法,推导出了"余弦型变幅杆"扭转振动的频率方程和各特性参数表达式,为余弦型扭转振动变幅杆的设计提供了一定的理论依据,对巳有阶梯型、锥型、指数型杆的结果是一个完善。