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。     

超声调制电加工振动系统研制及试验

根据超声调制电加工振动系统对换能器的要求,设计PZT陶瓷片组合的压电换能器,利用ANSYS分析换能器、变幅杆及工具电极的频率、振幅等参数变化规律;进行变幅杆与工具电极设计,利用数控车削、微细放电及微细线切割制作变幅杆与工具电极;通过超声振动系统的振动特性测试,验证超声振动系统的稳定性及工具电极设计的合理性;进行多种微结构超声调制电加工试验,验证超声电加工系统的可靠性及在微结构加工中精度好、效率高的技术优势。     

功率超声车削加工装置的设计与仿真分析

根据功率超声振动车削的加工特点,在原有设备的基础上,改进并设计了适于镁铝合金加工的纵向超声振动车削装置,该装置由压电换能器、复合变幅杆、换能器外壳、刀具、刀具安装部分和装置安装部分组成,并对变幅杆和整个装置系统进行模态分析,得到变幅杆和整个装置系统的共振频率分别为21.611KHz和18.236KHz,分析结果符合设计要求,为进一步实验打下了基础.     

超声振动系统的四端网络设计方法及其应用

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发，建立了机械四端网络的数学模型及传输特性方程，给出了几种常用变截面杆的四端网络传输参数。分析了超声换能器和变幅杆的频率方程及两端振速比，计算了超声手术刀振动系统的振型及应力分布。四端网络设计方法可有效地设计各种换能器。变幅杆以及由它们组合的复杂振动系统。     

超声振动车削系统中纵向变幅杆的结构设计

在对超声振动车削试验系统的纵向变幅杆进行理论分析的基础上 ,设计了可与换能器可靠共振的指数型纵向变幅杆。     

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。     

超声内圆磨削系统新型振子的仿真和实验研究

基于超声振动内圆磨削系统中由超声换能器、变幅杆及工具构成的振子在设计制造中出现的问题,提出了一种新型整体式振子设计方法.使用有限元分析软件对该新型振子模型进行了模态、谐响应仿真分析研究,并通过阻抗分析仪和激光多普勒测振仪对加工的振子样件进行了测试实验,验证了有限元仿真结果的正确性和新型整体式振子设计方法的可行性.     

超声复合变幅杆的设计与研究

在轴向超声振动钻削中,要实现整个声振系统的谐振,变幅杆的设计至关重要.为此就超声复合变幅杆的结构进行分析,设计制造出用于小直径超声振动钻削的复合变幅杆,并应用该变幅杆进行声振系统的试振,试振证明效果良好,能满足小直径深孔超声振动钻削的要求.     

一种新型回转超声振动主轴的设计及测试

设计了一种新的回转超声纵向振动主轴结构,该设计将换能器与主轴结合为一体,以轴承史承其节面位置,并以此为基础设计了换能器及变幅杆,以小型高速滑环为换能器旋转供电,利用弹簧同时实现定压预紧和隔离振动影响的作用。此后,应用ANSYS对主轴结构进行了动力学分析,得到了与设计接近的固有频率及振动模态,并对该结构系统的超声振动输出效果做了测试,发现利用轴承支承对该系统的超声振动输出影响不大,证明了该超声振动主轴系统的实用性。     

超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率

设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后,设计了 一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示：换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%,仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器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。     

旋转超声换能器的建模与仿真

在输入功率一定的一维纵振旋转超声加工系统中,为高效、精确地获取加工刀具末端的输出振幅,文中根据牛顿定律将换能器抽象为一个由质量、刚度和阻尼3个参数来描述的动力学模型。然后利用MATLAB/Simulink软件对换能器系统进行动力学仿真,分析超声换能器的数学模型及状态空间仿真模型,并利用有限元分析软件ANSYS验证MATLAB/Simulink仿真的准确性。换能器末端输出振幅的大小直接影响超声振动系统的加工性能,得到的仿真结果为超声振动系统的设计和改进提供了理论依据。     

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。     

微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计

基于高频振动切削原理 ,设计了一种振频 2 0± 1KHz、振幅 2 5 μm的新型超声轴向振动钻削装置 ,该装置由数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器、轴向半波长圆柱型压电陶瓷换能器、半波谐振圆锥型变幅杆以及工具系统组成 ,可在软质材料上实现微细深孔的精密、超精密加工     

圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

对一种圆锥型夹心式压电换能器进行了动态设计与实验分析。利用有限元分析方法对换能器进行了动态设计,给出了该类压电换能器有限元建模方法,分析了换能器主要结构尺寸对振动模态、固有频率的影响。依据有限元分析结果,提出了一种基于数值分析的换能器优化设计方法,简化了设计过程。在数值分析的基础上,设计、研制了圆锥型夹心式压电换能器,并对压电换能器进行了性能测试。并将实验测试数据和有限元分析结果进行了对比,测试结果验证了数值分析与设计方法的合理性。     

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。     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。