纵向谐振变幅器的非谐振设计理论研究与验证

为了实现齿轮超声加工纵向谐振变幅器的设计,提出了纵向谐振变幅器的非谐振设计理论,将变幅器简化为由变幅杆、齿轮等效圆环、心轴、螺母等效圆柱四部分组成的理论分析模型,根据各部分的动力学方程、各结合面的力、位移耦合条件和两端面的边界条件,建立变幅器的频率方程,实现纵向谐振变幅器的设计。分别设计了变幅杆材料为45钢、齿轮材料为铸造锡青铜以及变幅杆材料为45钢、钛合金、硬铝合金、齿轮材料为45钢的纵向谐振变幅器,通过有限元软件ANSYS模态分析和谐振特性实验研究了变幅器的谐振特性,变幅器的谐振频率与理论设计频率的误差小于5%,在误差允许范围内,表明变幅器的非谐振设计理论对于设计齿轮超声加工纵向谐振变幅器具有很好的通用性,为齿轮超声加工振动系统的设计提供了理论基础。     

圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现

为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。     

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.     

非均匀介质超声铣削系统振动特性研究

采用纵扭复合超声振动铣削进行加工时,由于加工中心等空间受限场合对超声振动系统的尺寸限制,利用四分之一波长理论设计集换能器和复合变幅杆为一体的非均匀介质超声振动变幅系统,在变幅杆部分设计螺旋槽结构实现纵扭共振,并研究纵扭模态转换理论。对非均匀介质变幅系统进行有限元分析,仿真结果表明纵振系统固有频率理论值与仿真值接近,偏差仅为0.245%;对螺旋槽结构进行仿真发现槽深对其对超声变幅系统固有频率、扭纵幅值比例影响较大,螺旋角的影响次之,槽宽影响最小,振动系统测试实验表明固有频率和扭纵幅值比的仿真结果与实验结果变化趋势一致。分别对TC4钛合金和C/C碳纤维进行纵扭超声振动铣削和传统铣削实验对比,结果显示相对于传统铣削,在纵扭超声振动铣削加工中两组材料表面粗糙度值Ra分别下降78%和47%。纵扭复合非均匀介质超声振动铣削系统结构简单紧凑、振动幅值和方向可控性较好,采用纵扭超声振动铣削能有效提高工件表面加工质量。     

基于ABAQUS超声振动钻削系统变幅杆模态分析

超声振动钻削是孔精密加工的新技术,其系统中的变幅杆对孔的加工具有重要影响。首先介绍了变幅杆的工作原理,之后应用ABAQUS软件对变幅杆进行三维建模和模态分析,根据分析结果得到变幅杆最佳振型频率。最后,在有与无超声振动辅助下钻削45号钢,对比分析孔加工质量。通过结果分析,在最佳振型频率下,孔表面质量更好。     

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.     

大截面圆锥形超声变幅杆的设计及负载特性分析

通过瑞利近似理论假设,对大截面圆锥形变幅杆的纵向振动固有频率进行修正,得到了修正频率表达式,同时研究了负载对大截面圆锥变幅杆的放大系数和谐振频率的影响。利用有限元法对一组大截面的圆锥形变幅杆进行模态分析和负载特性研究,结果表明:修正后的结果与一维理论相比更接近有限元模拟值,其适用范围更大;随着负载直径和长度的增加系统频率将逐渐减小,而放大系数在不断增加,比较可得直径的影响较长度要更显著。研究结果对大截面的圆锥形超声变幅杆的工程计算和此类复合变幅杆的设计和实际应用提供理论依据。     

圆锥形变幅杆的设计及有限元分析

超声变幅杆是功率超声振动系统中的重要组成部件。本文以一个实际应用为例通过解析法设计一个半波长圆锥形变幅杆,并用有限元软件ANSYS对对变幅杆进行模态分析,确定变幅杆的固有频率。最后用有限元法对带工具的变幅杆进行修正设计,使变幅杆的某阶固有频率和系统工作频率相等,确保变幅杆在工作中能够可靠地纵向共振。     

指数形过渡段阶梯形复合变幅杆的有限元分析

基于传统变幅杆的设计理论,对指数形过渡段阶梯形复合变幅杆进行研究;利用有限元软件ANSYS建立指数形过渡段阶梯形复合变幅杆的有限元模型,并对其振动分析,得到复合变幅样的放大系数、节点长度和振动频率等性能参数,与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高的计算精度.     

超声变幅杆的设计及有限元分析

超声变幅杆在超声加工中的应用日益广泛。结合超声变幅杆理论,采用ANSYS10．0对变幅杆进行了模态分析和参数修正,在此基础土,设计并加工了一个应用于超声显微切割系统中的、谐振频率为60kHz的半波长圆锥形变幅杆,并进行了相关实验。实验结果表明,利用ANSYS软件辅助设计方法得到的超声变幅杆,其谐振频率与模态分析值非常接近,为超声变幅杆的设计、校核和优化提供了一种新途径。     

大截面超声珩磨圆锥形变幅杆设计

基于瑞利近似理论对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的纵向振动频率进行修正,给出了频率修正表达式。对一组超声珩磨圆锥形变幅杆进行理论计算和有限元模拟分析,结果与一维纵向振动理论值相比,频率修正值更接近于数值计算值。而当径长比R1/l>0.4时,模态振型伴随弯曲或扭转振动,此时瑞利近似理论已不再适用。与一维纵向振动理论相比,修正频率表达式适用范围更大,对大截面超声珩磨圆锥形变幅杆的工程应用具有一定的指导意义。     

功率超声铆焊变幅杆的设计与分析

功率超声塑料铆焊变幅杆的设计中,纵波谐振频率和振幅是设计的关键。某工程实践中以阶梯形铆焊变幅杆为设计对象,有限元模态分析中,其纵波固有频率为19 982 Hz,谐波扫频响应共振频率为20 082 Hz,阻抗测试频率为19 813 Hz,三者误差率较小,且在材料阻尼率为0.004时,变幅杆端头有仿真最大振幅59.16μm,与激光测振仪测量的振幅49.8μm同样误差较小,实践加工验证,铆焊效果较好。结果表明有限元固有模态、谐波响应、阻抗分析、振幅测试分析可为超声变幅杆的工程设计提供高效的设计、分析、测试方法。     

带有加工工具的阶梯形超声变幅杆设计分析

设计了带加工工具的阶梯形超声变幅杆。鉴于传统的带有加工工具的超声变幅杆设计计算的不准确性,运用ANSYS Workbench软件,设计带有加工工具的超声变幅杆并进行模态分析,并在此基础上优化设计,运用阻抗分析仪验证设计结果的准确性,为设计带加工工具的阶梯形超声变幅杆提供了新思路。     

基于四端网络法的超声珩齿振动系统设计

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发,建立机械四端网络的数学模型及传输特性方程,导出了超声珩齿复合振动系统的频率方程和放大系数计算公式。将小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆与被加工齿轮组成复合振动系统,将齿轮简化为圆柱杆,采用四端网络方法,得出了复合振动系统的频率方程与放大系数公式。     

带有加工工具的超声复合变幅杆的优化设计

鉴于传统的带有加工工具的超声复合变幅杆求解方法的不准确性,运用有限元法,设计带有加工工具的复合变幅杆,并对其进行动力学分析,包括模态分析、谐振分析;并在此基础上进行优化设计。在保证其突变处工作应力在其材料许用应力范围的前提下,得到其固有频率等于工作频率时复合变幅杆的最佳放大倍数及谐振长度;运用有限元法,分析了工具头的长度,直径对于整个变幅杆谐振长度、放大倍数的影响,为设计更多的复杂形变幅杆提出了一种新的思路。     

超声抛光变幅杆动态分析及其优化

超声抛光方法是解决模具内腔抛光这一模具加工瓶颈的有效手段之一,而超声变幅杆的性能对于超声加工来讲至关重要。本文根据变幅杆理论设计方法设计了适用于自动超声抛光设备的变幅杆,并使用有限元技术对四种类型的变幅杆进行了模态分析和谐响应分析,然后以稳定性最好的圆锥形变幅杆为基础进行了优化设计,得到了稳定性较好且放大系数较大的综合性能优良的变幅杆。     

一种复频超声加工钻的设计及有限元分析

针对工程陶瓷等材料耐磨、抗高温但具有很高的硬度和较大的脆性,加工困难,提出了复频超声加工钻,即在变幅杆和钻杆之间放置一个自由质量块,让超声电源发出的高频和自由质量块引起的低频共同振动完成切削的一种超声加工钻,以提高钻头输出端的冲击力和加工效率。为了研究球形自由质量块对复频加工效率的影响,设计了一种可以放置球形和柱形自由质量块的复频超声加工钻,计算了具有圆锥形过渡的阶梯形变幅杆的具体尺寸和相关参数。最后对这种复频超声加工钻进行了有限元分析,发现其振动频率在一定范围内随钻杆伸出变幅杆长度的增大而减小,且满足实验规定的频率范围。     

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...     

超声珩齿加工工件对谐振频率影响的研究

将超声珩齿加工变幅杆和被加工齿轮组成的超声振动系统简化为变幅器,基于圆锥形变幅杆和环盘(被加工齿轮)组成变幅器的频率方程,导出齿轮半径、厚度变化对谐振频率的影响,以及变幅杆的调整规律,并运用有限元分析的方法对设计结果进行了验证,从而为变幅杆及工作频率的设计选择提供了依据。     

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。