非谐振单元变幅器的设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,变幅器的动力学特性对齿轮的加工质量有很大影响。齿轮作为变幅杆的负载,一方面其尺寸和质量大,对变幅器谐振频率的影响不能忽略,另一方面,齿轮的尺寸是由使用要求决定的,不能被任意设计,因此现有的功率超声变幅杆的设计方法不能适用于这种情况。以Mindlin厚板理论为基础,将齿轮简化为一厚圆板,圆板外径等于齿轮分度圆直径,根据齿轮与变幅杆在连接面的耦合关系及各自的动力学方程,建立变幅杆和齿轮组合系统的动力学模型,在此基础上设计变幅器,并进行动力学特性的分析,分析结论为超声珩齿变幅杆的设计提供了理论依据。通过有限元分析验证了设计理论完全可行。     

超声珩齿纵向振动变幅器的3种设计方法对比与实验研究

纵向振动变幅器是超声珩齿纵向振动系统的重要组成部分,变幅器的各种参数关系到整个纵向振动系统的性能。运用理论解析法、等效电路法、传输矩阵法来设计变幅器,3种方法的计算结果与ANSYS软件的模态分析结果以及谐振特性实验的结果一致,谐振特性实验的结果能满足超声珩齿的要求。分析了3种设计方法的优缺点及各自的适用场合,为设计变幅器时选择适当的计算方法提供了理论依据。     

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。     

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。     

旋轮几何参数对变幅器模态的影响研究

运用大型有限元软件MSC.Marc对超声旋压变幅器进行仿真分析,研究了旋轮厚度、旋轮外径、旋轮小径对纵弯变幅器模态影响.研究表明,超声旋压变幅器的纵弯固有频率随着旋轮外径与小径的增大而降低,随着旋轮的厚度的增大而提高.运用阻抗分析仪纵弯谐振系统进行检测,结果与仿真分析一致,并分析了仿真计算与实验结果的误差,对超声旋压变幅器的设计具有指导意义.     

超声珩齿复合变幅器设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,探索新型变幅器显得非常重要。基于变截面复合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,根据复合变幅杆与中厚圆环组成的超声珩齿复合变幅器的非谐振性和边界条件,推导了系统的谐振频率方程,利用数值计算对设计参数、谐振频率、变幅杆及圆环振幅分布等进行研究,同时分析了变幅器几何参数对系统谐振频率的影响。结果表明,有限元分析结果与理论计算结果和实验测试基本一致,系统谐振频率随复合变幅杆各段长度的增加而减小;当复合变幅杆大小端半径比和各段长度保持不变时,系统谐振频率随两端半径成比例地增加而增加;其他参数不变时随圆环厚径比地增加而增加,其结论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。     

齿轮孔径比对弯曲振动变幅器谐振特性的影响研究

超声珩齿复合加工有很好的应用前景。变幅器是超声珩齿的关键部件之一。而齿轮工艺孔的大小对变幅器振动系统有一定的影响,因此设计了不同孔径比的齿轮弯曲振动变幅器,应用有限元模态分析方法,研究圆锥型变幅器和复合型变幅器在不同齿轮孔径比条件下对振动系统谐振频率的影响。结果表明:在(18~22)kHz的调节范围内,随着齿轮孔径比的增大,变幅器的振动频率逐渐减小且仍满足工程应用。当孔径比达到0.2及以上时,变幅器的振动频率明显减小或者满足条件的振动频率不存在;同时相对偏差也在逐渐减小。上述研究对超声珩齿齿轮工艺孔的选择有一定的参考价值。     

超声滚压装置中变幅器的仿真设计

运用两种不同方法设计超声滚压装置中的变幅器,一种采用传统设计法将变幅杆和滚轮分别设计后组装成变幅器;另一种方法是将变幅杆和滚轮整体考虑设计为变幅器.推导出变幅器的频率方程,求出了变幅器设计参数的数值解.通过有限元软件Marc分析,发现传统设计的变幅器中滚轮的设计频率与变幅器的谐振频率误差较大;而整体设计的变幅器的设计频率误差较小.经参数调整后两种变幅器的设计频率都可调至谐振频率20 kHz.由于传统方法设计的变幅器未考虑滚轮作为负载对变幅杆的影响,在实际应用未能达到超声系统良好的共振效果;而整体设计变幅器中变幅杆及滚轮尺寸小,对变幅器的谐振频率影响较小,结构紧凑,抗弯刚度好,通过有限元分析验证了变幅器的整体设计理论完全可行,能够达到良好的共振效果.     

单一变幅杆的设计分析

超声变幅杆是超声加工设备中超声系统的重要组成部分之一。通过合理的设计,变幅杆才能将输入的振动放大合适的倍数后再传递出去。单一变幅杆在设计时需要考虑诸多问题。本文为了研究方便,设定变幅杆为理想状态,以此来分析变幅杆的性能参数。以圆锥变幅杆为例,分别讨论了变幅杆无负载条件下和有负载条件下的情况,并利用谐振方程进行了设计计算。本文还通过计算研究了简单形状的加工工具头对变幅杆的影响。通过定性分析讨论了变幅杆参数变化以及工具杆与变幅杆连为一体的利弊。     

超声变幅杆有限元谐振分析

对超声变幅杆的设计进行了理论分析,着重计算了指数形变幅杆的振幅放大系数、节点及应力极大点等参数。采用有限元软件ANSYS对变幅杆作了模态和谐振分析,得到的结果与理论结果比较,满足工程设计的需要。为超声变幅杆的设计和优化提供了新的途径。     

纵振对圆环板面外模态激励效果的有限元建模及模态实验

为了有效地激励出圆环板的面外振动模态,提出用4个兰杰文振子的纵振作为激励源的方式。介绍了激励源的布置方式,并对圆环板进行了有限元模态分析和结构尺寸的参数分析。制作了原理样机,采用多普勒激光测振仪对样机进行了模态实验,测试结果与有限元分析结果比较吻合。当施加电压峰峰值为150 V时,振幅为700 nm左右;当施加的激励电压峰峰值达到200 V时,振幅达到900 nm以上。实验表明,用4个兰杰文振子的纵振可以有效地激励出圆环的面外振动模态,合理地控制两相所加电压的相位差可以形成行波。     

基于技术系统进化的节制设计理论及验证研究

对于产品的创新设计,依据产品技术系统进化的理论,通常会产生一条特定的进化轨迹。然而,在进化过程中,难免会存在一些陷阱,给人类社会和自然带来严重的负面影响。根据节制设计的理论,这些陷阱可称为进化路径负面陷阱。依据节制设计的方式,这些负面陷阱通常可以根据预测分析进行判断,从而避免进化路径进入这个区域。     

深孔超声轴向振动钻削装置的设计与研究

根据振动切削机理对超声振动钻削和普通钻削进行了分析比较,设计出一种在摇臂钻床上加工小直径深孔的超声轴向振动钻削装置。并分析了超声振动钻削装置设计中的一些关键技术问题,为在摇臂钻床上加工小直径深孔提供了一种新的工艺途径。     

激光多普勒离面振动测量的研究

提出了一种新型可辨向激光多普勒离面振动测试仪,计算并分析了激光多普勒技术的双相检测和矩形光栅的衍射光强分布.采用相位光栅作为光学混频器件,消除了信号的相互干扰,提高了测量的信噪比并充分的利用了光能.实验结果表明,该系统能有效地实现可辨向离面振动的测量,测量距离范围广,并可获得较高的精度.     

纵轴式掘进机纵向随机振动响应的研究

为了探究纵轴式掘进机在随机激励作用下的纵向振动特性,根据多体动力学的理论和方法,建立了该型掘进机纵向动力学模型,利用拉格朗日方法建立其随机激励作用下的纵向运动微分方程。针对某型纵轴掘进机截割头所受随机激励产生的随机振动,运用虚拟激励法推导了掘进机纵向振动响应的数学模型,并利用MATLAB汇编语言赋值求解,得到该掘进机在随机激励作用下截割头、悬臂和机体的响应特性。结果表明:截割头、悬臂和机体的固有频率分别为3.2 Hz、2.9 Hz和2.3 Hz。在外随机激励作用下,随着悬臂与机体间刚度和阻尼的增大,截割头和机体的位移响应谱峰值逐渐减小,通过增加悬臂与机体、机体与底板间的刚度和阻尼,可有效减小整机的纵向振动。利用Adams对掘进机多刚体动力学模型仿真,证实了该方法研究掘进机的随机振动可行。     

外载作用下悬跨管道纵向振动响应研究

管道是油气资源运输的载体,其性能对作业安全影响巨大。在合理假设的基础上,通过建立悬跨管道的振动力学模型,建立并求解其运动微分方程,得到悬跨管道的纵向振动响应。管道在受冲击载荷作用时由于阻尼的存在其纵向振动响应幅值随时间逐渐减小;管道受一般外载作用下的响应可通过将外载视为作用时间段内冲击载荷的积分来处理;管道受简谐力作用时其振动幅度与阻尼比和频率比相关,当外激频率接近固有频率时振幅放大系数最大,当外激频率大于固有频率时,频率比越大管道的振幅放大系数越小。     

基于声子晶体理论的舰船液压管路支承用隔振器轴向振动带隙特性研究

利用声子晶体理论,将隔振器设计成由金属和橡胶组成的一维周期性结构,利用其带隙特性实现舰船液压管路的振动控制。采用传递矩阵法和有限元法,对隔振器能带结构和频响函数进行仿真计算,分析材料属性、晶格常数和径长比等因素对带隙频率范围和宽度的影响,根据舰船液压管路振动频率范围,最终确定了隔振器结构尺寸及材料,并对其轴向振动传输特性和减振性能进行了数值仿真和试验验证。试验结果表明,该新型隔振器在600~10 000 Hz以内的频率范围内具有良好的轴向减振性能,能够有效地抑制管路振动向船体结构传播。本研究为舰船液压管路的振动控制提供了一条新的技术途径。     

基于编译原理的数控程序正确性检查研究

提出一种基于编译原理的数控程序正确性检查新方法,可以有效实现通用NC代码错误检测及其显示,并具备图形刀具轨迹显示功能,可广泛应用于数控程序教学和工业培训系统。     

大型机柜振动工装仿真优化设计及试验验证

针对大型机柜振动试验时振动条件的准确施加比较困难,振动试验时因工装共振会导致样品的破坏等问题,采用有限元方法对大型机柜振动工装进行了模态分析并进行优化设计.根据仿真优化结果,加工生产出工装,对工装进行1～60 Hz正弦扫频试验验证,扫频试验结果表明大型机柜振动工装的固有频率大于扫频试验频率上限,满足振动试验要求,该优化设计方法对大型设备振动试验工装的设计具有一定指导意义.