發(fā)布時間：2017-08-14 19:32

  本文關鍵詞：縱扭復合型超聲換能器的設計研究

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【摘要】：在生物醫(yī)療、國防科技、航空技術等各種行業(yè)中,經常會面對一些對硬脆型材料如陶瓷、玻璃和氧化鋁的加工以及一些薄壁零件、小徑深孔零件和細長易彎曲桿狀零件的加工等狀況,如果采用現(xiàn)有機械加工技術或是加工精度不高,或是難以加工,或是根本不能加工,甚至使用普通的超聲加工方法如超聲縱振、扭轉或者彎曲振動的加工工藝也不能達到所需要的精度。因而研究新型、高效的加工方法的意義性和重要性是不言而喻的。近期,人們紛紛把目光轉向了縱扭復合型超聲換能器的研制,主要是一方面它可以充分利用運動過程中的間隙實現(xiàn)熱量的散發(fā),減少了切削時的熱量對相關材料和刀具所造成的影響；另一方面它還能實現(xiàn)磨削和車削的效果,減弱甚至消除切削過程中產生的軌跡或者痕跡,大大降低表面加工所造成的細微裂紋或者表面碎裂現(xiàn)象,從而提高表面的加工精度。因而,縱扭復合型超聲振動切削已經成為世界公認取得高尺寸精度、高表面加工質量和高工作效率的新型加工方式。 本文就是在此背景下,根據(jù)一維縱振理論和能量傳遞原理,設計了一種既能產生縱向位移又能產生扭轉位移的復合型振動超聲換能器。主要是在分析了螺旋槽對縱扭復合型超聲換能器的影響之后設計了一個在前端蓋加工有導程為30mmm的三頭均布式螺旋槽結構的換能器,同時利用ANSYS對所設計的縱扭復合型超聲換能器進行了模態(tài)分析,提取了各階振動模態(tài),得到了縱扭共振頻率為20.047kHz,并利用ANSYS的諧響應分析采集了在該共振頻率下的振幅數(shù)據(jù),從而通過仿真分析驗證了結構設計的合理性。進一步利用山東海特XK7132系列具有四軸聯(lián)動功能的數(shù)控銑床對所設計的結構進行了加工制造,并對各部分零件精密組裝后運用USM300-A型的超聲波發(fā)生器振動控制系統(tǒng)對換能器進行激勵,測得實際的縱扭共振頻率為20.1728kHz,與理論設計目標值20kHz相差0.864%,與仿真分析值20.047kHz相差0.62%。表明了結構設計是非常合理的。同時利用基恩士公司的LK-H020型號具有雙通道同時檢測功能的激光振動分析儀分別測量了在5W、10W、20W和40W四種不同功率下縱扭復合型換能器的縱向振幅和扭轉振幅,分析了所設計的縱扭復合型超聲換能器的工作特性,同時也驗證了所設計的結構能夠同時產生縱向振動和扭轉振動,達到了設計要求。
【關鍵詞】：縱-扭復合型 螺旋槽 超聲換能器 模擬仿真
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 縱扭復合型超聲換能器的概述8-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文的主要工作11-13
• 2 縱-扭復合型換能器的設計13-22
• 2.1 縱扭復合型超聲換能器的結構概述13-15
• 2.2 縱扭復合型超聲換能器的扭振原理15-16
• 2.3 縱扭復合型超聲換能器的結構設計理論16-18
• 2.3.1 任意截面處的一維縱向振動方程16-17
• 2.3.2 截面為指數(shù)形和圓柱形時的頻率方程17-18
• 2.4 縱-扭復合型超聲換能器的結構設計18-21
• 2.5 本章小結21-22
• 3 螺旋槽的結構對換能器的影響22-38
• 3.1 單螺旋結構對換能器的影響分析22-27
• 3.2 雙螺旋結構對換能器的影響分析27-31
• 3.3 三螺旋結構對換能器的影響分析31-34
• 3.4 螺旋槽結構對縱扭共振頻率的影響34-35
• 3.5 螺旋槽結構對縱扭共振相對振幅的影響35-37
• 3.6 本章小結37-38
• 4 縱-扭復合型超聲換能器結構的有限元仿真分析38-52
• 4.1 壓電分析介紹38-41
• 4.1.1 介電系數(shù)矩陣概述38-39
• 4.1.2 介質損耗概述39-40
• 4.1.3 彈性矩陣概述40-41
• 4.1.4 壓電矩陣概述41
• 4.2 ANSYS數(shù)據(jù)轉換41-43
• 4.3 壓電耦合結構的分析求解43-48
• 4.3.1 模態(tài)分析43-45
• 4.3.2 模態(tài)分析結果處理45-46
• 4.3.3 諧響應分析求解46-48
• 4.4 縱-扭復合換能器的結構優(yōu)化48-51
• 4.4.1 ANSYS仿真分析48-50
• 4.4.2 ANSYS仿真分析50-51
• 4.5 優(yōu)化前后結構分析51
• 4.6 本章小結51-52
• 5 縱扭復合型超聲換能器加工及實驗研究52-60
• 5.1 縱扭復合型超聲換能器數(shù)控加工52-54
• 5.2 縱扭復合型超聲換能器的實驗分析54-59
• 5.2.1 縱扭共振頻率的實驗分析54-56
• 5.2.2 縱扭共振振幅數(shù)據(jù)的分析56-58
• 5.2.3 縱扭換能器功率與振幅分析58-59
• 5.3 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-65
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文65-66
• 致謝66

【參考文獻】

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本文編號：674363