一种基于单换能器的超声离合器的设计及性能分析

提出了一种基于单换能器的新型超声离合器;分析了近场超声悬浮的机理,设计并制造了超声换能器和预紧装置,构建了超声离合器原型机;对该超声离合器的功率-转速、功率-扭矩和功率-减速比特性进行了实验研究。结果表明,原型机实现完全分离的功率为0.35kW;电机转速为500r/min和800r/min下原型机的极限扭矩分别为0.39N·m和0.42N·m。验证了基于单换能器的超声离合器的可行性和有效性。     

功率超声加工关键技术的研究进展

功率超声加工是现代超声技术的重要组成部分,在新型材料加工上有着广阔的应用前景.简要介绍超声加工技术的发展,着重讨论了超声加工技术中超声波电源、超声换能器、变幅杆和工具等关键技术的研究现状,最后结合作者近几年的研究成果,提出超声加工技术的发展趋势.     

夹心式复合换能器的研制

根据适应超声加工换能器的结构形式,通过研究功率换能器的工作原理、理论设计和工程设计方法,设计并制作大振幅换能器.     

宽带阻抗匹配变压器的研究

采用传输线变压器来实现超声换能器与超声信号源之间的阻抗匹配.以500kHz～2MHz范围内的超声换能器的阻抗匹配变压器的设计为例,具体给出了确定传输线变压器特性阻抗、线长、磁心、导线型号和匝数的方法.由于传输线变压器具有通频带宽、易于制作的特点,在功率超声领域将有可能得到广泛的应用.     

纵向压电式换能器模态分析及实验研究

超声换能器是超声加工乃至超声学的核心部件,在研究功率超声换能器基本理论的基础上,进行大功率纵向压电式复合换能器的研制,得出了适应超声加工的大功率纵向压电式换能器的合理结构形式和设计参数,确定了所用压电换能器结构参数及前后盖板振速比,并采用有限元法对换能器进行振动模态分析,确定换能器辐射端面的最佳振动模态及其纵向谐振频率,并通过实验研究加以验证.研究表明,换能器辐射端面振幅在谐振点处最大;当频率一定时,振幅随着功率的增大而增大,当频率离开谐振点频率越远,振幅逐渐减小.     

功率超声换能器导纳特性检测及电端匹配研究

提出了一种利用计算机检测功率超声换能器导纳特性的实验方法，并利用导纳圆法精确、快速地测量超声换能器的谐振点、谐振带宽及其他等效电路参数，在此基础上确定超声换能器的最佳工作点和电端匹配的电感值，使匹配后的换能器获得最大效率，同时输出阻抗最小。     

换能器驱动信号与引线键合强度的关系

设计超声引线键合机换能器驱动信号采集系统,获得超声粗铝丝楔键合过程中换能器系统的驱动电流、电压信号,计算换能器系统的输入功率和输出阻抗信号.进行了1 000次不同超声功率条件下的键合试验,获得换能器系统驱动信号和键合强度值.根据试验结果的统计规律,研究换能器系统的输入功率和输出阻抗的时域特征规律,平均值和与键合强度的关系,以及不同阶段的平均值与键合强度的关系.研究结果表明,换能器系统平均输入功率与键合强度间的关系明显,呈开口向下的抛物线形式;键合过程的P1和P2阶段是影响键合强度的主要阶段,具有同样重要的作用,P3阶段虽然不影响键合强度,但其平均功率在一定程度上反映了键合是否成功;换能器系统的输出阻抗与键合强度间的关系不明显,不适合于表达键合强度.     

高频超声换能器技术研究进展与展望

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。     

超声车削振动系统的CAE研究与开发

随着超声应用技术的日益普及,功率超声车削在镁铝合金、稀土合金加工中的应用也越来越广泛,稳定、高效的超声振动系统显得越来越重要,研究开发参数化、模块化的超声振动系统的优势也凸现出来.在UG开发平台下,利用UG的二次开发工具与VC++结合,研究开发出了功率超声车削CAE系统,其中包括变幅杆设计、压电换能器设计和总装设计,最后通过超声车削AZ91D进行试验验证,表明设计方法和所设计的部件是合理的,具有广阔的应用前景.     

复合结构研齿换能器的动力学特性与设计

利用4段复合式变幅杆及夹心式压电陶瓷换能器的结构,研制了一种用于超声辅助研磨弧齿锥齿轮的新型换能器。首先,根据牛顿定律和超声波传输线理论,推导得到了超声研齿换能器的频率方程,依据压电陶瓷的谐振频率、振动模式和输入功率,确定了复合式超声研齿换能器的结构参数;其次,运用等效声学参数修正法和质量互易法,对设计的换能器进行了声学和结构参数的修正;然后,利用ANSYS分析软件进行了模态分析和谐响应分析,对换能器的谐振频率、振动幅度、振动速度比和导纳等动力参数进行了研究;最后,进行了阻抗特性测试和振动特性实验和通过5对弧齿锥齿轮的超声研磨实验,进一步证实了复合结构研齿换能器的超声研磨性能。     

超声加工技术的应用现状及其发展趋势

根据近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声加工技术的应用现状及其发展趋势。超声加工技术具有其极强的切削能力、极小的切削抗力、极细微的光整能力以及极高的强化能力。国内外学者对超声振动系统中的超声换能器和变幅杆进行研究,目的在于增加系统的功率与变幅杆的振幅,以及适用于特定的加工环境。超声加工技术以其工艺优势在难加工材料加工、深小孔加工、薄壁件加工、超声表面光整强化、超声焊接和磨粒冲击等加工领域获得越来越广泛的应用,并且其应用涉及半导体工业、高速列车、汽车制造、航空航天、光学元器件、医疗工业等产业领域。随着超声加工技术应用的日益普遍,超声复合加工、微细超声加工、旋转超声加工以及超声骨切削技术也将得到进一步的发展和运用。     

基于超声相控阵技术的粘接性能检测研究

介绍超声相控阵技术的基本原理、特点及换能器的分类。通过研制的超声相控阵检测系统对复合材料的粘接性能实现检测,说明了超声相控阵技术在检测复合材料粘接性能上的应用及前景。     

超声波气体流量计的管道模型仿真和误差分析

为满足不断发展的超声波气体流量计测量精度的需要,改进传感器的设计精度和有效降低安装测试及样机调试成本,针对制约超声波气体流量计测量精度主要误差源之一的管道流场分析问题,结合计算机建模数值仿真技术及实验技术对其流场设计参数以及弯管安装条件等对超声波测量误差产生原因进行定量分析.理论研究和仿真实验结果表明,可以量化分析气体超声波流量计流场误差产生的原因、范围,并通过限定流场修止系数更有效地降低其测量误差,这项研究对该超声波气体流量计的优化设计和工程应用具有一定的指导意义.     

智能移动机器人超声波测距定位系统的研究

移动机器人技术是机器人研究领域的一个重要分支。为了赋予机器人智能控制和自主导航的能力,解决机器人开发过程存在着成本高、功耗大等问题,研究设计了一套基于超声波传感器的智能移动机器人测距定位系统,同时使机器人具有报警、避障及定位等功能。     

阵列解析式超声聚焦换能器研制及空间感测分析方法研究

传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源,接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果,无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式,研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器,利用多个感测元件为接收单元,通过一套基于FPGA技术的高速超声检测系统,实现了对被测试件反射声场的空间分布信号的采集和分析。阐述阵列解析式超声换能器的设计与制作方法,对换能器的多个感测元件的激励响应特性进行标定,利用该换能器的阵列感测元件的空间分布特性,对多角度声场感测信号进行分析和处理。以阶梯试件的台阶高度为测试对象开展空间感测声场测试方法分析试验研究,达到预期效果,为不规则裂缝缺陷检测奠定了基础。     

超声换能器过固有谐振区匹配理论

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键.通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器"过固有谐振区"匹配理论.试验结果证明该理论正确.     

轴向功率超声振动珩磨的运动学分析

目前,功率超声振动辅助加工技术的研究多集中于试验性分析,尽管有部分理论分析,但只是简单的介绍,尚未形成系统的理论体系.功率超声振动珩磨是功率超声振动切削在珩磨中的应用,通过在普通珩磨的基础上使油石产生功率超声振动来进行珩磨.从运动学角度对油石沿轴向的功率超声振动珩磨加工技术进行较为系统的理论研究,归纳出轴向功率超声振动珩磨的四个运动特性:1)分离特性;2)冲击特性;3)变速特性;4)往复熨压特性.为进一步的动力学研究提供了必要的支撑条件.     

纵弯转换超声振动雾化系统的雾化特性研究

提出了一种由夹心式纵向振动换能器与弯曲振动圆盘构成的纵弯转换模式的超声振动雾化系统。弯曲振动圆盘的周边与变幅杆的端部相连接,并在变幅杆纵向振动的激励下产生弯曲振动。受圆盘弯曲振动的作用,液体在圆盘的端面上实现雾化。通过理论分析和实验对这一振动雾化系统的振动特性、辐射阻抗和声场进行了研究。结果表明：该系统比传统的纵向振动雾化系统具有更高的功率输出能力,并且可以使液体雾化后具有更强的指向性和作用能量。