圆柱圆锥型变幅杆的设计

超声波加工广泛用于玻璃、陶瓷等硬脆性材料,其重要部件——变幅杆直接影响着加工效率。为了有效地将振幅放大并传递到工具头,就需要对变幅杆进行设计和计算。当变幅杆的固有频率等于工作频率时,变幅杆的振幅达到最大,这时对于圆柱圆锥复合型变幅杆可利用波动方程分别求解出圆柱段和圆锥段的共振长度,从而计算出整个变幅杆的长度。     

带中心孔的复合超声变幅杆设计及性能分析

带中心孔的变幅杆可以实现旋转超声加工的中心供冷却液或气体,具有良好的冷却和排屑效果。针对单一形状变幅杆难以实现大振幅的超声振动,对带中心孔的复合超声变幅杆的设计原理和方法进行研究。根据任意截面杆的波动方程,得到带中心孔单一形状变幅杆的传输方程和传输矩阵,并通过对总体四端网络的传输方程和传输矩阵的运算,推导出带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆的频率方程和放大倍数的一般公式。根据推导出的频率方程,设计出典型的复合变幅杆,并对所设计的变幅杆进行频率测试,测得的变幅杆频率与理论计算频率的误差在5%以内。研究带中心孔的圆锥过渡复合变幅杆各段长度及中心孔直径对变幅杆频率的影响规律,为复合变幅杆设计和调整提供了理论依据。     

基于ANSYS的超声变幅杆的优化设计

基于ANSYS，从阶梯形变幅杆具有最大振幅放大倍数的优点和直径突变处应力集中的缺点出发，对其形状进行了优化设计，得到了一种既具有大的振幅放大倍数，又保证了各部分工作应力在其材料许用应力范围内的新型的复合型变幅杆。     

基于ANSYS的超声拉丝二阶换能系统仿真研究

为了研究变幅杆的不同变截面、变截面倾角对超声拉丝二阶换能系统动力学特性的影响关系,寻求合理的变截面杆组合参数和规律,根据四端网络法和有限元法综合设计了以圆锥型、指数型以及悬链线型为变幅杆上变截面的超声拉二阶换能系统.采用ANSYS软件建立其有限元模型,进行模态分析和谐响应分析,得到谐振频率、振幅和振幅沿着轴向距离的分布规律;并探究二阶变幅杆的三种不同变截面、各变截面倾角对换能系统谐振频率和振幅的影响.分析结果表明,圆锥型变幅杆的二阶换能系统具有最大的振幅和振幅放大倍数.     

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。     

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。     

圆锥形超声变幅杆的动力学理论分析

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个变量中的两个变量设为常量,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。     

蜂窝材料超声波切割声学系统研究

根据超声波加工原理,设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型,并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小,输出端振幅较大。利用激光位移传感器测量了刀具的振动位移,圆形刀振幅a=22.37μm,满足加工要求。利用超声波切割主轴对Nomex蜂窝材料进行了大量切割实验,取得了加工表面平整光滑、加工精度高、切削过程中没有粉尘污染等显著效果。     

复合变幅杆有限元分析

变幅杆是超声波加工中的一个重要部件.在采用四端网络设计的复合多阶变幅杆的基础上,采用ANSYS对其进行有限元分析,验证其设计的准确性,对所设计的变幅杆进行优化,确定了变幅杆的最终结构,得出谐振频率和放大系数,使变幅杆更符合实际要求.     

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。