面向岩石取样过程的超声纵扭变幅杆设计

针对超声岩石取样加工过程需要不同比例纵扭振动输出需求,设计一种具有斜槽结构的纵扭复合阶梯型超声变幅杆。根据超声变幅杆的纵扭复合振动机理,利用有限元法分析确定可产生扭转振动的带斜槽阶梯型变幅杆基本结构,研究斜槽结构参数变化对超声变幅杆输出纵振振幅与扭转振幅比值的影响规律。研究结果表明,在阶梯型变幅杆上合理设定斜槽的位置和结构参数可实现不同比例的纵扭振动输出,满足不同材质超声岩石取样加工需求。     

单激励三维超声振动辅助加工装置的设计与分析

基于超声波斜入射理论对斜槽式变幅装置复合振动机理进行分析,设计出一种具有斜槽结构的变幅杆,可在单激励条件下实现X,Y,Z三个方向的同频简谐振动。阐述了三维空间简谐运动的合成规律,使用ABAQUS有限元软件对变幅杆进行模态分析,得到了固有频率与振型,进而通过瞬时动力学分析得到了变幅杆输出端的振动特性,并通过ORIGIN数据分析软件验证了变幅杆输出端在空间中的振动轨迹为类椭圆。研究表明,变幅杆存在的特定斜槽角度使斜槽转换效率最高。     

圆环斜槽结构复合变幅杆的结构优化与实验

根据实际工作需求,设计出工作频率为28 k Hz、过渡段为指数型的复合变幅杆。利用小端圆柱转换圆环斜槽结构来实现单激励纵-扭复合振动,并通过仿真分析讨论了复合变幅杆大端长度、斜槽倾斜角度、斜槽宽度、斜槽长度等结构参数对共振频率的影响规律。在此基础上优化结构并进行试验研究,结果表明该变幅杆实现了纵-扭复合振动并基本满足实际工作需求。     

基于有限元分析阶梯型复合变幅杆的设计

为了获得放大系数大、振动可靠的变幅杆,设计了带圆锥过渡的1/4波长阶梯型变幅杆。通过理论计算得到阶梯型变幅杆的几何模型,并基于有限元方法,应用ANSYS软件对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,获得了变幅杆频率、放大系数和最大应力的变化规律,为阶梯型复合变幅杆的设计提供了参考。     

旋转超声加工用纵扭共振变幅杆的动力学分析

旋转超声振动加工在加工硬脆性复合材料方面应用越来越广,旋转超声振动系统性能的好坏直接影响超声加工的质量,而超声变幅杆是该系统中必不可少的结构器件。针对超声铣磨加工,设计了一种纵扭共振复合型变幅杆。计算了纵振圆锥—圆柱复合变幅杆的结构参数和功能参数,并与有限元分析结果做了比较。阐述了通过圆环斜槽来实现振型转换的基本原理,并通过有限元分析的方法,分析了斜槽的几何参数对变幅杆振动模态和性能参数的影响规律。     

超声纵—扭振动铣削系统的研制

研究了超声声学系统,斜槽式变幅杆形成纵—扭振动的基本原理,对变幅杆的振动形式进行仿真,对超声纵扭振动装置系统进行了研制和测试。试验结果表明:斜槽式变幅杆能有效地将纵向振动转化为纵—扭振动。研制的超声纵扭振动系统匹配特性好,振动稳定性高,能够满足加工要求。     

基于ANSYS的超声切削传振杆结构优化设计

利用传振杆的基频共振频率方程,设计出传振杆,对传振杆开斜槽与不开斜槽两种情况进行仿真对比,有斜槽的传振杆中产生了螺旋波,实现纵-扭复合振动。对传振杆的长度,斜槽的个数,斜槽的宽度进行仿真分析,得到较接近设计理论值的参数,并通过阻抗实验测试验证了分析结果,对实际应用有重要的参考。     

双斜槽式模态转换型变幅杆研究

以斜槽变幅杆为研究对象,利用有限元分析方法,对单斜槽变幅杆和双斜槽变幅杆的放大比进行了计算。在数值模拟的结果上分析了单斜槽变幅杆斜槽距输出端面距离、双斜槽间距、斜槽偏角以及在端面施加不同负载对变幅杆放大比的影响。通过有限元仿真计算结果,得到不同放大比双斜槽变幅杆的斜槽设计参数。所得的结论对生产实践中选择不同结构变幅杆具有重要的参考意义。     

幂函数形复合变幅杆的设计与分析

运用理论解析法和替代法,对幂函数形复合变幅杆进行理论研究。通过理论推导得出超声变幅杆的振动频率、放大系数等重要参数。借助有限元分析软件ANSYS创建复合变幅杆的有限元模型,分析其振动特性,获得复合变幅杆的放大系数、振动频率等重要参数。分析比较理论值和仿真值,分析结果表明,替代法比传统设计方法简单,物理意义更加明显。同时也说明ANSYS在变幅杆设计中有很大的重要性;为以后复杂变幅杆和理论推导较困难的变幅杆的设计提供一种新的思想和方法。     

1/2波长圆锥过渡复合超声变幅杆优化设计

圆锥过渡阶梯型复合变幅杆可增大阶梯形变幅杆位移放大倍数,还可解决阶梯形变幅杆在直径突变处位置应力集中的缺点,加工方便,适用于多种工业应用场合。基于波动理论进行变幅杆设计,用ANSYS软件进行有限元分析及尺寸优化,得到复合变幅杆的最佳共振频率、节点位置和放大系数等性能参数,并用试验验证其振动情况。结果表明:设计的复合变幅杆参数与试验测试结果一致,实际加工的变幅杆振动性能良好。