杯形工具复合变幅杆设计及振动特性分析

针对硬脆材料曲面加工过程中加工精度差、效率低、加工费用高的问题,结合理论分析与有限元法,设计了一种适用于硬脆材料曲面高精度加工的超声杯形工具复合变幅杆。对所设计的变幅杆进行了阻抗特性分析和振动性能测试,结果显示变幅杆结构合理、振动效果良好;并通过有限元与试验的对比分析,探究杯形头的壁高、底厚、内径对杯形工具复合变幅杆谐振频率的影响。结果表明:变幅杆谐振频率随着底厚的增加而增大,随着杯形头壁高、内径的增大而减小,且实测结果与仿真分析较好符合。     

超声变幅杆设计方法研究

超声变幅杆是超声振动系统中一个重要的组成部分,经常在高声强超声中应用。从声学角度出发,对超声变幅杆有许多种设计方法。本文在综合有关文献的基础上,阐述了常用的设计变幅杆的方法,如传统的设计方法,等效电路法,替代法(机械阻抗相等法),传输矩阵法,有限元法,表观弹性法等等。文中比较了这些设计方法的特点,提出了应用相应方法时应该注意的问题。为了能进一步简化设计,方便记忆,文中提出了用设计方法本身统一各单级变幅杆各性能参数的表达式等今后需要研究的问题。     

抛物线型超声变幅杆的探讨

提出了一种新型的变幅杆-抛物线型变幅杆。根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导出抛物线型变幅杆的频率方程、节点位置方程、放大系数、形状因数等参数,并用有限元软件ANSYS分析了几个半波长抛物线型变幅杆,得出共振频率。结果表明:抛物线型变幅杆在保持圆锥变幅杆形状因数较大的优点上,放大系数有所提高;有限元分析结果与理论值符合的较好。     

超声变幅杆节点优化设计

介绍了利用ANSYS有限元软件优化设计变幅杆节点位置及确定超声变幅杆固定位置的方法,并与传统的方法进行了比较。     

一种大振幅超声变幅杆设计

设计了一种等应力大振幅变幅杆。基于变截面杆的波动方程,ANSYS分析变幅杆振动模态和谐响应,设计了所需频率的等应力变幅杆。在此基础上仿真分析和比较了四种不同形状变幅杆的动态特性,验证了设计的准确性。实验测试所设计的变幅杆,结果显示,在198Vp-p的电压激励下,振幅峰峰值可达148um。     

带工具头超声变幅杆节点定位偏差问题分析

节点位置是变幅杆设计的关键参数,该位置通常用来设置法兰盘,从而实现变幅杆与其他机构的有效连接。传统解析法通常将变幅杆轴线上位移为零的点作为节点,但在试验中发现,用解析法确定的节点位置往往存在较大的振动位移。在解析法的基础上对带工具头变幅杆进行设计,并借助于有限元软件对变幅杆进行分析研究,研究表明带工具头变幅杆的节点位置存在定位偏差,轮廓线与轴线上节点位置不重合,对频率为35kHz 的变幅杆而言,其轮廓线上节点向变幅杆小端偏移1.5mm。试验现象表明,相对轴线节点,在轮廓上的节点位置来设置法兰盘可降低系统能量耗散,提高系统稳定性。     

余弦型扭转振动超声变幅杆的研究

从波动方程出发,对余弦型变幅杆的扭转振动进行了系统探讨。利用传统方法,推导出了"余弦型变幅杆"扭转振动的频率方程和各特性参数表达式,为余弦型扭转振动变幅杆的设计提供了一定的理论依据,对巳有阶梯型、锥型、指数型杆的结果是一个完善。     

超声变幅杆解析法设计的可靠性研究

本文提出了用有限元法验证变幅杆解析法设计的可靠性，对三种类型的变幅杆先作解析法设计；然后利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析，确定了变幅杆的固有频率，计算了固有频率与工作频率之间的相对误差，以此来评价解析法设计的可靠性；并分析了影响解析法设计可靠性的两个基本因素。     

大尺寸余弦形超声变幅杆的设计

通过瑞利的近似理论假设,对大尺寸的余弦形变幅杆的纵向振动的共振频率进行了修正,得到了修正频率表达式。利用有限元软件ANSYS对一组大尺寸的余弦变幅杆进行模态分析。并发现当R1/L〉0.5时,振动时伴随有弯曲振动或扭转振动,振动较为复杂,此时瑞利理论不再适用。但需要指出的是,与一维理论相比,修正后的值适用范围更大,因此对大尺寸的余弦形超声变幅杆的工程计算具有一定的指导意义。     

余弦型和类余弦型超声变幅杆的研究

本文导出余弦型纵振变幅杆和扭振类余弦型变幅杆的频率方程及参数的计算式和曲线，对简单型杆及由其与圆柱型段和双曲正割型段组成的复合杆件进行谐振频率和放大系数测试，实验结果与理论值基本吻合。     

超声弯曲振动变幅杆的特性

根据文献 [1]提出的弯曲振动变幅杆的分析方法 ,通过大量数值计算 ,对圆截面指数形、锥形和悬链线形变幅杆弯曲振动的特性进行了研究。研究结果表明 ,变幅杆弯曲振动的频率随其长度增加而降低 ,随其直径增大而升高 ;进一步研究表明 ,尽管变幅杆谐振频率与其直径大小有关 ,但只要变幅杆两端直径比值一定 ,则其谐振频率与尺寸参数间存在一定关系 ,本文用谐振曲线描述了这一关系 ,谐振曲线对变幅杆设计以及复合振动的研究是一个非常重要的工具。最后对几种变幅杆的放大能力进行了比较 ,按从大到小的顺序依次是 :悬链线形、指数形和锥形     

微超声振动细胞切割系统中变幅杆的分析与设计

针对细胞微超声振动切割系统对超声变幅杆的要求,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一种复合圆锥阶梯形变幅杆。由任意变截面杆纵向振动的波动方程出发,推导了复合圆锥阶梯形变幅杆的基本理论参量,设计了超声变幅杆的基本结构,给出其制造尺寸。并应用有限元法对变幅杆进行了模态分析,得到了共振频率和位移节点等重要参数。     

扭转振动超声变幅杆计算及其等效电路

在平面波近似条件下,对几种常用的扭转振动半坡变幅杆(截面极惯性矩变化规律为圆锥、指数及悬链线型)进行了系统的理论分析。导出了变幅杆的等效电路,得出了变幅杆的输入机械阻抗、共振频率方程及振幅放大倍数的数学表达式。文中理论分析及所得结果可作为设计或计算扭转变幅杆的理论基础和依据。     

非轴对称变幅杆的设计及阶梯形变幅杆圆滑过渡的研究

在功率超声应用中,最常用的工具头是非轴对称的斧头形变幅杆.本文通过面积等效法将这种非轴对称形状变为轴对称形状.再用通用的计算程序进行计算,用表观弹性法考虑横向振动耦合的影响.对一个实例具体作了计算,结果表明,使用面积等效法和表观弹性法处理非轴对称形状的变幅杆是可行的.本文对阶梯形变幅杆圆滑过渡的影响也作了计算和探讨.     

一端带有圆柱杆的复合纵振超声变幅杆的简明设计理论

对一端带有圆柱杆的各种复合型纵振超声变幅杆，用“替代法”（在变幅杆的两端面处，利用机械阻抗相等的办法），求出其谐振频率方程，使设计简单化。为便于应用，本文求出了此种类型的多种复合型变幅杆的谐振频率方程。     

QDFM-125型超声波软管封尾机变幅杆的改进设计

对QDFM-125型超声波封尾机的变幅杆进行研究,发现了其设计缺陷。改进了原有变幅杆的结构,并与原变幅杆进行封口比较。结果表明,改进后的变幅杆传递超声,能量损失减少,工作效率提高。     

斜槽式超声变幅杆纵扭特性研究

利用斜槽式结构进行模式转换能有效实现纵扭复合,其局限在于设计不合理会导致纵扭转换效率低下。通过分析纵波斜入射固-气界面的反射和折射特性,仿真不同斜槽结构下的变幅杆在其谐振状态下的纵扭转换效率,探究了斜槽的角度、宽度、个数、深度、长度等因素对纵扭模式转换效率的影响。仿真结果表明:存在最佳的斜槽角度和斜槽宽度,使得纵扭转换效率最大;斜槽个数的增加能明显提升纵扭转换效率,且最佳斜槽宽度随斜槽个数增大而减小;斜槽深度和斜槽长度越大,纵扭转换效率越大,但达到一定长度值时趋于稳定。进而,通过对优化设计后的斜槽式变幅杆进行试验测试,验证了该研究的有效性,试验条件下获得的纵振和扭转幅值分别为9.5μm和29μm。     

抗性负载超声复合变幅杆振动特性研究

在抗性负载情况下,利用纵振型变幅杆等效四端网络,对频率方程和放大系数进行了研究,并推导出圆锥过渡段和指数过渡段阶梯形复合变幅杆频率方程和放大系数的一般公式;并通过MATLAB编程,分别绘制了共振频率及放大系数随负载变化的曲线图。这将对超声复合变幅杆的设计和应用提供一定的理论依据。