超声振动钻削声学系统的设计研究

通过对超声振动钻削系统的理论分析，给出了不同的纵向振动圆锥形变幅杆设计公式，分析了面积系数与谐振长度、位移节点、极大值点、放大系数和形状因素之间的关系。用实例分析了几种变幅杆的不同点，并指出设计超声振动钻削声学系统时推荐采用复合变幅杆。     

开斜槽纵－扭复合振动阶梯形变幅杆设计

基于声波传播基本理论,探讨了单激励下斜槽传振杆实现纵-扭复合振动的机制。采用有限元分析方法研究了阶梯形复合变幅杆结构尺寸对其固有频率的影响规律,设计出了谐振频率在20 k Hz左右的纵-扭复合振动变幅杆。研究结果表明:谐振频率为20 498 Hz时该变幅杆能在纵向振动单激励下实现纵-扭复合振动,且振幅呈周期性变化。此研究结果可应用于超声纵-扭复合振动加工声学系统的设计。     

超声变幅杆的动力学分析

超声变幅杆是功率超声振动系统的重要组成部分,它的主要功能是把机械振动位移放大并把能量集中在较小的辐射面上,变幅杆的放大系数是超声振动系统中的重要参数。用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的2个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

基于ABAQUS多频率超声变幅杆稳态及谐响应分析

超声加工技术已经涉及到了多个领域,超声变幅杆是超声加工处理设备中超声振动系统的重要组成部分之一。为了对多频率超声变幅杆进行对比分析,以圆锥形变幅杆为例,选取25、30、35 kHz振动频率的变幅杆,运用ABAQUS大型非线性有限元仿真软件,对多频率变幅杆进行稳态及谐响应分析研究。对多频率变幅杆进行稳态对比分析,在圆锥形变幅杆添加力载荷,对比分析不同频率变幅杆的位移及应力变化曲线,得出多频率变幅杆在稳态分析及谐响应过程中的变化规律。     

超声变幅杆的动力学分析（英文）

超声变幅杆是功率超声振动系统的重要组成部分,它的主要功能是把机械振动位移放大并把能量集中在较小的辐射面上,变幅杆的放大系数是超声振动系统中的重要参数。用微元法建立圆锥形超声变幅杆纵向振动的波动方程,用分离变量法和连续振动体的边界条件求解超越波动方程,得到圆锥形超声变幅杆放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率3个变量之间的数学表达式。为研究变幅杆的放大系数与变幅杆的大小端直径之比、长度以及外激频率的关系,依次把3个变量中的2个变量设为常量,对另外一个变量进行抽样,计算变幅杆的放大系数。通过Matlab对超声变幅杆放大系数的样本计算数据进行曲线拟合,定性分析了圆锥形超声变幅杆放大系数随变幅杆大小端直径之比、长度、外激振动频率变化的关系。     

超声振动系统的数值仿真研究

旋转超声加工是加工硬脆性材料的一种很有效方法,而超声振动系统是其核心和关键。借助ANSYS对超声振动系统的超声换能器、变幅杆进行数值仿真,求出谐振频率、放大系数等重要参数,分析了变幅杆不同的过渡圆弧尺寸和外形结构对超声纵向振动性能参数的影响。     

抗性负载的余弦形复合变幅杆设计及动力学特性研究

为了解决简单形状变幅杆有时无法满足实际工程应用需要的问题,运用变幅杆纵向振动等效四端网络的方法,推导出质量抗性负载的余弦形复合变幅杆频率方程和放大系数一般公式;同时讨论负载变化对变幅杆性能的影响.依据理论通式设计了一个变幅杆,应用有限元软件ANSYS对其进行模态分析和谐响应分析,结果表明:其共振频率和放大系数与设计理论值吻合较好,从而验证了设计的合理性,为超声复合变幅杆和工具的设计和应用提供了一定的理论依据.     

超声波椭圆振动切削研究

通过对纵向振动变幅杆的研究,提出了一种新型的以两个相互垂直方向同时激励的超声波椭圆振动切削系统的结构,分析了实现振动方式转换的机理,利用MATLAB对结构中刀尖轨迹进行分析,并利用有限元分析方法对变幅杆结构进行动力学分析.     

变幅杆弯曲振动频率的计算及分析

超声变幅杆发生纵向振动时会不可避免地发生弯曲振动,进而影响振动系统的稳定性。以圆柱型变幅杆为例,分别通过不考虑转动和剪切的Euler-Bernoulli理论、只考虑转动惯量或只考虑剪切变形的影响、以及考虑转动惯量和剪切变形影响的Timoshenko理论,计算了对应的弯曲振动频率。又利用有限元软件计算了弯曲振动频率,并将上述计算值与实验测试值进行了比较,分析得到了各自的误差结果。     

倒锥形复合变幅杆的动力学分析

基于传统圆截面变幅杆的设计理论,利用波的纵振动方程求解倒锥形复合变幅杆的谐振频率、节点位置和放大系数等性能参数。利用WORKBENCH软件的模拟仿真功能,建立倒锥形复合变幅杆的有限元模型,对变幅杆进行包括模态和谐响应在内的动力学分析。通过分析变幅杆对称面上的等效应力云图,获得变幅杆在工作状态下应力集中的位置,为变幅杆的工艺优化提供可靠的指导,同时也为形状复杂的变截面复合变幅杆的设计和分析提供了新的方法。     

圆柱指数型复合型变幅杆的动力学分析

超声波加工中的变幅杆能放大振幅,并将声能有效传递至工具头。为使变幅杆工作有效、可靠,进而提高零件加工的精度和效率,变幅杆必须具有良好的动态特性。由于复合型变幅杆的截面复杂,用解析法无法进行求解计算,而有限元方法能较好地解决该问题。通过模态分析并利用ANSYS有限元软件,对复合型变幅杆进行动力学分析,最终找出了最佳振动形态的工作频率。     

超声珩齿系统中新型复合变幅杆的设计与研究

在对超声珩齿系统中新型复合变幅杆进行理论分析的基础上,采用有限元软件ANSYS对变幅杆作了模态分析,并建立了一套超声振动谐振频率测试系统.理论计算、有限元分析和实验测量三者结果相比,符合较好,为超声变幅杆的设计优化提供了新的途径.     

正弦圆柱形复合变幅杆的设计及其动力学分析

针对超声变幅杆的研究现状,基于一维纵向振动理论,提出了一种设计变幅杆的新方法。通过推导正弦形变幅杆的频率方程和放大倍数的计算公式,发现在变幅杆面积系数选定的前提下,改变正弦形母线的初相,可以得到形状以及放大倍数不同的变幅杆。在此基础上设计了一种小端带有圆柱杆的正弦形复合变幅杆。理论推导与ANSYS动力学分析表明,选择合适的正弦段母线初相与长度,能够获得放大倍数与形状因数优于阶梯形的复合变幅杆。     

基于超声搅拌摩擦焊的变幅杆设计与仿真研究

超声搅拌摩擦焊接装置有助于解决搅拌摩擦焊技术在厚板焊接上的难题,变幅杆能将换能器输出端只有几个μm的超声振动放大至实际需要的几十至几百μm数量级,并带动搅棒针作超声波振动.为满足不同形状变幅杆的设计,导出了变截面变幅杆的振速分布函数和应力分布函数,设计了超声搅拌摩擦焊变副杆,并利用MATLAB进行了数值仿真计算,仿真结果表明:在变幅杆输出端(X=160 mm)附近,振动速度达到最大值,整个超声系统的前后端振速比约为10倍,满足实际应用的要求.     

基于Mindlin理论的新型模式转换超声振动系统设计与研究

基于波的纵振动理论和Mindlin厚板弯曲振动理论,设计研究了由三段复合变幅杆、中厚圆盘、大尺寸圆筒组成的新型模式转换超声振动系统.对所设计的振动系统进行数值计算和有限元模态和谐响应分析,同时研究各几何参量对振动系统谐振频率的影响规律,并通过实验进行测试.结果表明:设计结果和有限元分析及测试结果之间的误差较小;系统谐振频率随着圆盘厚度的增加而增大,随着变幅杆大小端半径的增加而增加;随着变幅杆各段长度、圆管段高、内径的增大而减小.研究结果验证了所建立的新型超声振动系统谐振频率方程的正确性,所设计系统的结构合理、振动效果良好,为谐振频率的修正提供了依据,也为超声辅助加工技术特别是硬脆材料曲面的高精度加工提供了一种新型超声振动系统.     

超声波镗削复合振型变幅杆的设计与分析

超声振动加工在难加工材料方面的应用越来越广,而在镗削中应用的不多。大量的实验证明复合振动加工效果优于普通振动加工效果,而如何在超声镗削加工中实现"复合"是一个棘手的问题。针对复合超声镗削,设计一种实现纵扭复合振动的变幅杆。阐述振型转换原理,进行结构计算,借助有限元软件ANSYS分析结构各项参数对性能的影响并总结规律,为复合超声镗削变幅杆的设计和优化提供了参考。     

超声曲面研磨研具的声学系统振动特性与试验研究

本文对超声曲面研磨研具的声学系统进行了研究，通过建立力学模型分析了曲面研具的振动机理，并对A1：01工程陶瓷进行了超声振动研磨的试验研究。得出如下结论：(1)所设计的曲面振动研具本身的固有频率f=22．078kHz。(2)将振动研磨声学系统中的变幅杆和曲面研具等效为两弱耦合振子，当不考虑阻尼时，研具局部共振，变幅杆与研具联接处为一位移节点。(3)在空载加超声的试验条件下，研具的振动频率为21．3125kHz时，比较接近其固有频率为20．078kHz，此时研具局部共振，振幅最大。     

超声加工中变幅杆的动力学分析

运用ANSYS软件动力学分析中的模态分析和谐响应分析方法，研究了超声加工中变幅杆的动态性能。找出变幅杆的固有频率，并在变幅杆达到谐振状态的条件下，求出自由端面的振幅，由此得到变幅杆的振幅放大比，为超声加工中变幅杆的设计提供了一种新方法。     

铝合金超声波铸造用变幅杆的设计与研究

应用ANSYS有限元分析软件对材料特性和母线形状参数对变幅杆主要性能的影响进行了分析,并结合铝合金铸造的特点,设计了一种适应于铝合金铸造用的全波长双阶梯形级联变幅杆。应用该软件对变幅杆进行模态分析,并对加工出来的双阶梯形变幅杆进行了相关试验。结果表明,采用该方法设计的变幅杆,试验所得性能参数值与仿真值达到一致。实际生产表明,该双阶梯型变幅杆各项参数都达到了设计要求,且具有耐腐蚀、抗疲劳,强稳定性等特点。     

基于旋转超声加工的GFRP罐体侧壁开孔系统设计

针对传统的玻璃钢罐体人工开孔方式存在开孔效率低、定位精度低差、开孔质量低等问题,设计一种针对GFRP罐体侧壁开孔的旋转超声加工系统。系统包含工件的输送、装夹、旋转超声主轴、进给驱动和刀具位置调整等部分,重点介绍旋转超声主轴和进给系统。运用有限元法设计带有开孔器的变幅杆,获得满足谐振频率的变幅杆结构,并通过有限元软件对带有开孔器的变幅杆进行谐响应分析,发现刀具振动方向以轴向为主且振动幅度满足要求。