一种复合型变幅杆的设计与分析研究

在研讨超声波变幅杆设计原理和过程的基础上,分析了复合变幅杆的设计方法和过程。根据四端网络的基本原理,推导出有圆锥过渡的阶梯型复合变幅杆的传输特性方程和频率方程。利用CAD／CAE集成技术,采取预设参数和模态分析相结合的方式,解决了复合超声变幅杆在设计时理论上过于深奥,解算时过于复杂的难题,得出了便于实施的复合变幅杆的设计方法。     

超声振动车削中复合变幅杆的设计与研究

为了解决单一形状的变幅杆有时无法满足超声振动车削中实际需要的问题,运用传输矩阵法推导了一种三段式复合变幅杆空载时的频率方程和放大系数一般公式;依据公式结合matlab软件完成了该三段式复合变幅杆的设计。应用有限元仿真软件Ansys对该复合变幅杆进行模态分析和谐响应分析,通过比较验证了传输矩阵法计算的准确性。最后,利用该仿真软件研究了车削刀具对变幅杆共振频率的影响并对变幅杆的尺寸进行了修正以使其满足超声振动车削的实际需要。以上的分析计算为超声振动车削变幅杆的设计修正及车削刀具的选用提供了理论依据。     

超声波去除小孔毛刺试验及装置中变幅杆设计

根据超声波去除毛刺的原理设计了去除小孔毛刺试验装置;运用声学波动理论设计了单一纵振圆锥过渡阶梯形变幅杆,并对纵扭共振变幅杆的结构进行了设计;通过ANSYS仿真分析,得出了纵扭共振变幅杆的结构参数对其谐振频率及扭转振幅与纵振振幅之比的影响规律,并由此规律设计出纵扭共振变幅杆实例;将所设计的单一纵振与纵扭复合振动变幅杆用于超声去毛刺的试验。结果表明:所设计的变幅杆有较好的振动性能;在磨料悬浮液浓度处于合适的范围内,纵扭复合振动较单一纵振对毛刺有更好的去除效果。     

基于传递矩阵法的超声珩齿复合变幅器设计

基于Mindlin中厚板理论,利用传递矩阵法设计了圆环板与复合变幅杆组合而成的超声珩齿复合变幅器,推导了这一复合变幅器的弯曲振动频率方程,并对其振动特性进行研究。研究结果表明,超声珩齿复合变幅器频率随变幅杆各段长度的增大而减小,随圆环厚度的增大而增大,随圆环外径的增大而减小。     

超声珩齿新型变幅器动力学特性研究

为解决超声珩齿振动系统的设计问题,将齿轮简化为厚环盘,基于变截面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,根据中间有孔圆锥型变幅杆与中厚圆环组成的新型超声珩齿变幅器的非谐振性和边界条件,推导出了系统谐振频率方程,利用数值计算分析了变幅器的几何参数对系统谐振频率的影响。通过有限元分析得出变幅器的谐振频率与理论计算结果基本一致。在此基础上,对设计的变幅器进行了动力学试验,测得的动力学参数与理论结果一致,其结果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。     

幂函数过渡段复合变幅杆振动特性的研究

利用传输矩阵理论法,得到了具有幂函数过渡段复合变幅杆的频率方程和振幅放大系数,并用数值计算分析了过渡段对谐振频率和放大系数的影响,最后利用ANSYS软件进行模态分析,其结果可为此类变幅杆的频率修正提供理论依据和参考。     

对滚式齿轮纵扭复合超声滚压系统设计与分析

为解决目前齿轮超声滚压强化因设备的限制及振动的单一性导致强化效率低、作用范围小等问题,提出了一种新的对滚式齿轮纵扭复合超声滚压系统,包括纵扭复合变幅杆及与之匹配的工具齿轮.基于理论计算的方法推导出圆锥形复合变幅杆频率方程,求得相关设计参数.在圆锥段开螺旋槽并装配齿轮,利用有限元分析方法研究纵扭复合振动、计算齿面处纵扭复...     

超声纵-扭复合空心变幅杆的振动特性分析

超声纵-扭复合振动加工具有加工效率高、切削力及切削热量较低、可降低刀具磨损等优势,而纵-扭复合空心变幅杆可提供较好的冷却和排屑效果。利用四端网络法设计了圆锥过渡空心复合变幅杆,在其锥面开设螺旋沟槽作为"模态转换器",从而在变幅杆末端成功输出纵-扭复合振动。通过有限元仿真探究了螺旋沟槽数目n、螺旋沟槽角度θ及沟槽槽宽w对谐振频率f的影响规律及敏感度,结合中心孔直径d对变幅杆节点位置、谐振频率f、放大倍数m、扭纵分量比i等的影响规律,针对开设沟槽后频率偏移问题,提出一种谐振频率修正方法,并设计试验进行了验证。     

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。     

超声振动的挤滚压光整加工变幅特性分析及应用

提出了一种针对机械加工中轴类零件外圆表面加工的新型超声振动挤滚压式加工方法。介绍了超声振动挤滚压式强化的加工原理及特点;分析了该工艺的加工特性与超声换能的聚能作用;进一步从金属表面微观塑性变形机理等方面进行探索;同时利用数学模型建立变截面杆纵向振动的波动方程,推导出圆锥型复合变幅杆频率方程和放大系数的计算公式;阐述了变幅杆的变幅特性及其设计参数间相互的关系,并通过实例验证变幅杆的尺寸设计参数。结果表明,该方法能提高零件表面加工质量。     

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。     

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。     

大输出端面指数-圆锥复合形变幅杆的设计与分析

在超声喷丸的应用中,需要超声变幅杆有较大的输出端面,以此来获得较大的辐射声能,提高加工效率,同时还要有一定的放大系数,为此设计分析了指数-圆锥复合形变幅杆。按照传统分析方法,理论推导了这种复合形变幅杆的频率方程与放大系数公式。在给定截面尺寸的条件下,借助数值分析软件MATLAB求解频率方程;获得变幅杆的尺寸参数与性能参数。利用solidworks建立三维模型;借助有限元软件ABAQUS进行模态分析与谐响应分析。绘制轴向位移分布图与应力分布图;获得变幅杆的谐振频率、放大系数与位移节点;分析比较理论值与仿真值;分析误差产生的原因。为大端面变幅杆的设计提供一定借鉴意义。     

超声珩齿弯曲振动变幅器的位移特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用可以对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞,提高加工效率,因此超声和珩齿的复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,直径大,厚度小,是一类特殊负载,且对振动系统的加工频率影响大,所以在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮全面考虑建立动力学方程.为此,将齿轮简化为圆盘,加工过程中齿轮作只有圆节线的弯曲振动,采用圆锥型变幅杆,推导变幅杆和圆盘组成的变幅器的频率方程,并利用它设计了变幅器,对变幅器动力学参数的数值计算、有限元分析及试验测量结果一致.通过计算变幅器中变幅杆和圆盘各自独立的谐振频率,发现与变幅器的谐振频率误差较大,说明变幅器设计时必须同时考虑变幅杆和圆盘的相互作用,否则设计的变幅器谐振频率误差过大.     

超声辅助冲击强化装置及复合变幅杆优化设计

基于超声喷丸原理设计制作了利用伺服系统进行数控进给的旋转辅助超声冲击强化装置;利用波动方程和传统复合变幅杆设计理论,设计了圆锥复合变幅杆,用ANSYS软件对其进行了模态分析、谐响应分析和动力学分析。用该装置对镁合金试件表面进行冲击强化试验。结果表明,旋转辅助有利于提高试件表面冲击覆盖率;经ANSYS分析优化后的变幅杆结构合理,阻抗分析结果显示振动性能较好;在输入端直径相同的情况下,放大系数和最大应力值随着变幅杆过渡段长度的增大而不断减小。     

圆锥悬链线形复合变幅杆的设计

运用四端网络法设计了一种新型的圆锥悬链线形复合变幅杆,对变幅杆进行了理论分析,得出频率方程和放大倍数的表达式,采用MATLAB解算出变幅杆的谐振长度、放大倍数和节点位置。并利用ANSYS软件对其进行模态分析和谐响应分析,结果表明有限元分析结果与理论设计基本一致,符合变幅杆设计要求。利用该方法可以将其他任意形状的变幅杆进行组合得出新型变幅杆,为变幅杆的优化设计提供了借鉴,有一定的实用价值。     

频率修正在超声变幅杆设计中的研究与应用

超声变幅杆在沿轴线方向作纵向振动时,由于存在泊松效应,纵向振动会引起变幅杆沿径向方向的横向振动。传统变幅杆在设计过程中,忽略横向振动的影响则会导致计算出的谐振频率高于实际频率。为了让变幅杆理论设计谐振频率与实际频率相符合,分别对简单圆柱杆和阶梯形变幅杆进行研究,推导出常用半径比范围内简单阶梯形变幅杆的频率修正公式,使其满足设计和使用要求,并可以减少能量传输过程中的能量损耗。     

超声辅助磨削振子设计研究与试验

为了解决传统设计方法对较复杂结构的超声磨削加工变幅杆的计算存在缺陷的问题,通过采用分段近似趋近方法,对超声加工振动系统变幅杆进行求解计算。运用传输矩阵,建立超声变幅杆频率方程的一般形式及放大系数。通过对无简单解析解的变截面变幅杆进行分段近似设计,得出相应的设计结果,采用有限元仿真、阻抗分析及样品对比试验进行验证。得出结论,运用分段近似趋近设计方法对超声变幅杆进行设计能够达到工程设计需要。     

超声珩齿指数型变幅器的动力学特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞、提高加工效率,超声和珩齿进行复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,是一类特殊负载(直径大,厚度小),且对振动系统的加工频率影响大,在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮组成变幅器进行全面考虑.鉴于此,根据应力耦合,将齿轮作为圆盘,采用指数型变幅杆,推导频率方程,对变幅杆的设计长度和变幅器振动频率进行数值分析,发现变幅杆的共振频率恰好是变幅器的失谐频率,变幅器的共振频率与变幅杆的固有频率也不相同,这能够为超声珩齿变幅器的设计提供理论依据.     

圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆的模态分析及优化设计

基于传统变幅杆的设计理论,对圆锥过渡段阶梯形变幅杆进行理论研究;利用有限元软件ANSYS建立复合变幅杆的有限元模型,并对其振动特性进行分析,计算得到复合变幅杆的振动频率、节点长度和放大系数等性能参数,与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高的计算精度.利用ANSYS的优化设计功能,得到了变幅杆的最优化设计尺寸.