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。     

超声辅助磨料射流变幅杆设计

变幅杆是超声辅助加工中的重要零部件之一,用于辅助加工的变幅杆通常带有工具头负载,研制存在一定难度。通过对带负载的用于超声辅助磨料射流的变幅杆研究分析,在使用解析法设计其初始结构尺寸的基础上,借助有限元软件选择节点耦合方式进行仿真,采用控制变量的原则获得各结构参数对系统频率的影响,修整变幅杆装配体模型,经过试验测定,发现该种处理方式及修整方法获得的仿真结果与实际测定相比,谐振频率误差在1%以内,振幅测定误差在2%以内,为研制带有复杂工具头的变幅杆提供了参考。     

大负载纵弯谐振变幅器谐振特性的研究与试验

大负载功率超声纵弯谐振变幅器在旋转超声加工、超声清洗、金属疲劳检测等领域应用广泛,针对大负载工具的应用现状,对阶梯环盘负载与变幅杆组成的功率超声纵弯谐振变幅器进行了设计研究。基于Mindlin中厚板理论,建立了纵弯谐振变幅器的振动模型,推导了频率方程与变幅器振型解析表达式,设计了不同材料大负载功率超声纵弯谐振变幅器。通过阻抗分析试验和超声谐振试验对所设计的变幅器进行了谐振特性研究。对比试验结果证明:大负载功率超声纵弯谐振变幅器的谐振频率与设计频率相比最大误差为4.95%,理论计算与谐振试验得到的三环盘振幅曲线的整体形态一致,零振幅位置最大偏差为6.51%,变幅器作纵弯谐振,为超声谐振系统的设计与应用提供了技术参考。     

超声微细加工中变幅杆的设计与制造

超声微细加工首先需要制造出作为工具使用的变幅杆。变幅杆的设计与制造在整个超声微细加工过程中具有十分重要的作用。本文介绍了变幅杆在超声加工中的作用,常用不同形状变幅杆的功能、特点,并重点介绍了试验使用的阶梯形变幅杆和指数形变幅杆的具体设计及制作过程。     

变幅杆连接工艺对旋转超声加工质量影响的研究

超声旋转加工是一种适用于脆硬材料加工的新技术,它强化了原加工过程,其加工效率随着材料脆性的增大而提高,实现了低耗能的目标。在超声旋转加工中,超声加工工具与变幅杆的连接对超声振动共振频率和超声波加工性能有很大影响。本文在深入研究旋转超声加工基本原理的基础上,分析了旋转超声加工时能量传递系统的关键制件-变幅杆和工具杆对超声加工精度的影响,并对变幅杆和工具杆制造工艺及连接的方法进行了初步研究。     

带有成形工具头的超声抛光变幅杆研究

模具内腔抛光是模具加工的瓶颈,为了解决手持式超声抛光机低效率、加工品质不容易保证的问题,拟采用可以更换不同成形工具头的自动超声抛光设备,这就需要研究加上不同工具头后对超声变幅杆的影响.基于变幅杆设计理论和有限元分析技术,深入研究了加上成形工具头后整个变幅杆的纵振频率的变化情况,研究结果表明小型成形工具头对于整个变幅杆的纵振频率的影响可以忽略不计.     

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。     

蜂窝复合材料超声辅助切割工具设计

在蜂窝复合材料超声辅助切割系统设计中,针对大变幅系数超声变幅杆的设计及其与加工工具配合的问题,基于“代替法”,结合有限元评估技术,建立了超声变幅杆和加工刀具的连接结构设计方法。首先,基于超声辅助加工原理,设计了具有大变幅能力的阶梯-悬链型复合变幅杆。然后,基于“代替法”,研究变幅杆长度减小对变幅杆声学性能的影响规律。进而,基于有限元仿真技术,研究装配后声学系统的声学性能。最后,采用设计的超声辅助切割系统对蜂窝材料进行切割加工实验研究,发现切割面无毛刺,加工过程无粉尘产生,从而验证了设计的超声辅助切割声学系统的有效性。     

超声振动特性在磨削加工系统中的应用

将超声振动特性应用于磨削加工系统中变幅杆的设计,利用振动模态分析和谐振响应分析方法,研究了超声磨削谐振系统和变幅杆的动态特性,确定了变幅杆的共振频率及在该频率下的谐振响应状态,求出了变幅杆自由端面在谐振状态下的振幅,由此获得了变幅杆的振幅放大系数。据此设计了最佳形状的变幅杆,并通过仿真分析验证了其设计合理性。     

压电式超声振动系统开发设计

针对压电式超声振动系统中换能器和变幅杆的设计公式及步骤复杂的问题,提出利用软件的二次开发,在UG软件平台上研究振动系统的三维造型的方法.开发结果表明该方法可以很好的解决压电超声换能器和变幅杆在设计过程中存在的问题,简化了设计过程,缩短了新产品的开发周期.     

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。     

超声珩齿指数型变幅器动力学特性研究

为研究超声珩齿振动系统的非谐振设计,扩展该理论的应用范围,提出中厚圆环板及变幅杆组成的变幅器的力耦合条件,建立了变幅器的数学模型,基于Mindlin理论推导了变幅器的频率方程。利用MATLAB软件求出了变幅器设计参数的数值解,得出了一组变幅器的设计参数,用有限元对进行模态分析,发现与理论设计要求的振型和频率完全相同,从而验证了非谐振设计方法的可行性。该理论方法使变幅器设计由含薄圆环板类齿轮的情况拓展到含中厚圆环板类齿轮的情况。     

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。     

非谐振单元变幅器的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,变幅器的动力学特性对齿轮的加工质量有很大影响。齿轮作为变幅杆的负载,一方面其尺寸和质量大,对变幅器谐振频率的影响不能忽略,另一方面,齿轮的尺寸是由使用要求决定的,不能被任意设计,因此现有的功率超声变幅杆的设计方法不能适用于这种情况。以Mindlin厚板理论为基础,将齿轮简化为一厚圆板,圆板外径等于齿轮分度圆直径,根据齿轮与变幅杆在连接面的耦合关系及各自的动力学方程,建立变幅杆和齿轮组合系统的动力学模型,在此基础上设计变幅器,并进行动力学特性的分析,分析结论为超声珩齿变幅杆的设计提供了理论依据。通过有限元分析验证了设计理论完全可行。     

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。     

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.     

多边体超声切边声学系统研究

为了实现多边体的超精密加工,设计了多边体超声切边声学系统,利用解析法设计了变幅杆的结构尺寸及其性能参数,并采用ANSYS软件对变幅杆—工具系统进行了有限元仿真。利用HP4294A阻抗分析仪对超声切边声学系统进行了实验测试。实验结果表明测得的谐振频率符合设计要求,该声学系统可成功应用于实际生产。