大负载超声振动磨削系统的设计

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成.首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性.实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,...     

旋转超声磨削平行砂轮复合变幅器设计与试验*

为了获得大负载平行砂轮复合变幅器的设计方法,将复合变幅器简化为复合变幅杆与多阶环盘组成。利用Mindlin中厚板理论,求解了各振动环盘的位移、转角、弯矩和剪力解析表达式,并通过复合变幅杆各振动单元间的力、位移的边界条件和连续条件,以及复合变幅杆和环盘两者结构间力与位移的耦合条件,建立了复合变幅器的数学模型和频率方程。针对频率方程进行编程求解 ,设计了平行砂轮复合变幅器。通过有限元仿真分析、实物阻抗特性试验、谐振试验验证。试验结果表明：平行砂轮复合变幅器的试际谐振频率、节圆位置与理论设计的误差小于5%,验证了其理论设计方法的正确性。为研制大负载平行砂轮复合变幅器提供了一种有效的设计方法。     

超声辅助滚压系统的设计与研究*

鉴于风力发电机组主轴的复杂工作情况和疲劳断裂失效形式,提出一种基于表面强化技术的超声辅助滚压加工系统;首先基于运动合成原理,获得了滚轮接触线的运动轨迹特征,并应用ANSYS/LS-DYNA软件分析了加工过程的特点;之后,基于一维振动理论、等效波长理论与牛顿迭代理论,推导了并求解了复合变幅杆的频率方程,实现了该复合变幅杆的纵向振动。通过对该变幅杆进行有限元仿真分析与振动特性测试,结果表明二者相对设计频率的偏差仅在0.817％以内。最后,通过对40Cr主轴进行超声辅助滚压测试,结果获得了粗糙度Ra 0.085μm和表面硬度32.2HRC的加工表面,较普通滚压加工粗糙度降低了69.1％,显微硬度提高了60％。     

超声辅助滚压系统研究

鉴于风力发电机组主轴的复杂工作情况和疲劳断裂失效形式,提出一种基于表面强化技术的超声辅助滚压加工系统。首先基于运动合成原理,获得了滚轮接触线的运动轨迹特征,并应用ANSYS/LS-DYNA软件分析了加工过程的特点。之后,基于一维振动理论、等效波长理论与牛顿迭代理论,推导并求解了复合变幅杆的频率方程,实现了该复合变幅杆的纵向振动。通过对该变幅杆进行有限元仿真分析与振动特性测试,结果表明二者相对设计频率的偏差仅在0.817%以内。最后,通过对40Cr主轴进行超声辅助滚压测试,获得了粗糙度Ra 0.085μm和表面硬度32.2 HRC的加工表面,较普通滚压加工粗糙度降低了69.1%,显微硬度提高了60%。     

圆弧砂轮修整评价及非球面磨削误差补偿技术

利用杯形砂轮修整器对圆弧砂轮进行修整,并采用非接触式位移传感器实现对圆弧砂轮的测量,提出将修整后圆弧砂轮的圆跳动误差值与圆弧半径误差值网格化后用于评价修整效果。根据磨削加工原理,计算匹配的修整测量参数并利用修整误差进行补偿加工。修整实验表明,杯形砂轮修整方式是一种理想的修整方式,对比传统的磨削加工,修整误差的补偿加工效果明显,两次补偿加工后的面形误差分别减小了36.5%和28.1%。     

非谐环盘及变幅杆组成的变幅器动力学特性研究

为了解决齿轮超声加工振动系统的设计问题,将齿轮简化为环盘,根据环盘及变幅杆的力耦合条件、边界条件及动力学方程,推导了非谐环盘及变幅杆组成的变幅器的频率方程,并利用其设计了变幅器,实验证明:变幅器的谐振频率与理论设计结果基本一致.该理论方法使变幅器由全谐振设计拓展到非谐振设计.     

基于ABAQUS的微细电火花超声振动主轴 仿真研究*

微细电火花技术凭借自身的特点和优势,在航空航天、医疗器械等领域发挥着重要的作用。超声振动辅助电火花加工在传统电火花加工中引入超声振动,加工精度和加工效率明显提高。作为核心部件,超声振动主轴的设计尤为重要。但传统设计过程,大大延长了研发周期和增加了成本,,因此,采用仿真方式进行研究具有重要的意义。本文对设计的微细电火花超声振动主轴的进行了仿真研究,通过ABAQUS进行了模态分析和谐响应分析,得到了超声振动主轴的谐振频率和输出振幅等参数。超声振动主轴的测试实验验证了仿真结果的正确性。     

低温微量超声雾化声学系统

针对低温微量超声雾化声学系统中的关键部件单波长超声雾化喷嘴进行研究。首先基于等效电路原理和传输矩阵法分别建立了带中心孔换能器和带中心孔复合变幅杆的频率方程,并应用数学分析软件获得了准确的数值解,实现了超声雾化喷嘴的全谐振。然后,对其进行有限元动力学分析和振动特性测试,结果表明二者相对于设计频率25 kHz的偏差率在0.6%以内,且空载超声振幅达13.5μm。之后,应用流体仿真分析软件对砂轮-工件磨削区进行流场特性分析,结果表明低温微量超声雾化声学系统可以解决磨削区涡流现象的产生。最后,通过对该系统使用前后两种润滑方式的磨削结果进行测试发现：低温微量超声雾化润滑不仅切削液使用量少,而且可以避免工件表面出现烧伤和硬度降低。     

微型轴承内滚道超声辅助超精研磨系统的设计研究*

为了提高5G基站中微型轴承的精度和使用寿命,基于微型轴承外套圈结构特征提出一种超声振动辅助研磨轴承外圈滚道的加工工艺。通过坐标变换及运动合成,获得了振动研磨轴承外圈滚道的工作面轨迹特点,阐明了振动高效研磨的本质特征;之后,分别采用等效电路法和有限分析法,建立了振动系统的等效电路图与频率方程,分析了该系统模型的固有模态与谐响应特性;最后,通过对自行研制的超声辅助研磨系统分别进行振动特性测试和加工效果测试。结果表明,加工系统振动频率相对设计频率的误差率为10‰,超声振幅为12.95μm,加工轴承滚道的粗糙度和轮廓度较传统研磨加工分别降低了27.17%和24.1%。     

大尺寸矩形断面超声变幅杆固有频率的研究

超声变幅杆是功率超声技术中换能器振动系统的一个重要组成部分,本文利用表观弹性法研究了大尺寸矩形断面超声变幅杆的耦合振动,推出了常用的几种单一变幅杆(指数形,圆锥形,悬链线及阶梯形)的频率设计公式,为大尺寸矩形变幅杆的频率设计及计算提供了一种简单易行的方法,实验表明,利用本文公式设计的大尺寸矩形断面变幅杆,实测共振频率与理论计算频率基本一致,与一维振动理论的结果相比,利用耦合振动理论得出的变幅杆共振频率更加接近于测量值。     

瓦状阻尼橡胶块对高铁车轮减振降噪的影响分析

依据声学测试标准,为了评价某型高铁车轮在安装不同形式橡胶块装置后的减振降噪效果,在半消声室内基于B&K振动噪声测试分析系统,对裸轮和橡胶块车轮开展振动声辐射室内测试实验,并基于有限元方法对车轮模态进行了仿真分析。测试结果可知:相比裸轮,WA、WB车轮模态阻尼比显著增加,车轮的减振效果明显,其中WA车轮的减振效果略优于WB车轮。径向激励下,WA车轮声功率级降低了8 dB(A),WB车轮声功率级降低了5.5 dB(A);轴向激励下,WA车轮声功率级降低了8.2 dB(A),WB车轮声功率级降低了6.2 dB(A)。分析可知橡胶块装置能有效抑制车轮的滚动噪声和曲线啸叫,对车轮的减振降噪有积极作用。     

离子回旋共振加热射频系统阻抗变换器的优化设计

 根据网络综合理论,选择一优化函数去逼近器件特性,并且采用集分混合电路,对托卡马克离子回旋共振加热系统中的阻抗变换器进行优化设计,使其具有频带宽、长度短的特点。     

The effects on noise of changes in wheel/rail system parameters

An analytical model has been developed that simulates the generation and propagation of wheel/rail noise. In the model, wheel/rail vibrations are induced by running surface roughness. The vibration responses are determined from considering contact stiffness effects and wheel/rail impedance interactions. Near field sound power levels are then calculated by combining the responses with radiation efficiencies, space-averaging the velocity squared on the wheel, and accounting for the decay of vibration along the rail. Finally, the noise levels predicted for the wayside are obtained from an analysis of the propagation that includes the effect of finite ground impedance. Good agreement exists between the analytical model and a series of validation measurements taken at DOT's Transportation Test Center in Pueblo, Colorado. A sensitivity analysis conducted for the parameters of a typical baseline system achieved significant changes in rolling noise only for reductions in wheel/rail contact stiffness, increases in wheel/rail contact area, and decreases in wheel/rail roughness through wheel truing and rail grinding.     

FREE VIBRATION ANALYSIS OF A SPINNING FLEXIBLE DISK-SPINDLE SYSTEM SUPPORTED BY BALL BEARING AND FLEXIBLE SHAFT USING THE FINITE ELEMENT METHOD AND SUBSTRUCTURE SYNTHESIS

Free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by ball bearing and flexible shaft is analyzed by using Hamilton's principle, FEM and substructure synthesis. The spinning disk is described by using the Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain. The rotating spindle and stationary shaft are modelled by Rayleigh beam and Euler beam respectively. Using Hamilton's principle and including the rigid body translation and tilting motion, partial differential equations of motion of the spinning flexible disk and spindle are derived consistently to satisfy the geometric compatibility in the internal boundary between substructures. FEM is used to discretize the derived governing equations, and substructure synthesis is introduced to assemble each component of the disk-spindle-bearing-shaft system. The developed method is applied to the spindle system of a computer hard disk drive with three disks, and modal testing is performed to verify the simulation results. The simulation result agrees very well with the experimental one. This research investigates critical design parameters in an HDD spindle system, i.e., the non-linearity of a spinning disk and the flexibility and boundary condition of a stationary shaft, to predict the free vibration characteristics accurately. The proposed method may be effectively applied to predict the vibration characteristics of a spinning flexible disk-spindle system supported by ball bearing and flexible shaft in the various forms of computer storage device, i.e., FDD, CD, HDD and DVD.     

单线法测量横向阻抗系统设计与模拟计算

 介绍了单线法测量横向阻抗的基本原理、系统设计和初步模拟计算结果。单线法横向阻抗测量系统由待测元件/参考元件、内置导线、导线偏移调节机构、阻抗匹配段和测量仪器构成。调节机构可以精确调整内置导线的横向位置以激励偶极模式。利用微波工作室软件模拟计算待测元件（2 856 MHz“凸型”腔）的偶极模。“凸型”腔横向阻抗的幅值和偶极模频率的计算结果与ABCI程序数值计算的结果基本相符，说明了单线法横向阻抗测量系统理论上的可行性。     

cMUT阵元的声学分析与环形扫描成像

电容式微机械超声换能器(cMUT)具有宽带宽、灵敏度高、机械阻抗低和与电子电路集成制造等优点.由于超声换能器声场设计的好坏决定了成像质量的优劣,为了明确阵元参数与辐射声场的关系,该文对不同的阵元参数进行了计算仿真.与压电陶瓷超声换能器的结构不同,cMUT阵元是由多个电容单元(cell)并联构成.因此分析了cell的半径...     

用波尔共振仪研究混沌现象

用半导体激光器作为光源,用鼠标作为位移传感器,将波尔共振仪摆轮的振动转化为鼠标的运动轨迹,并通过Ghost Mouse-Setup软件记录鼠标轨迹,最后通过Labview软件对记录的轨迹进行信号处理,通过观察分析吸引子来研究波尔共振仪中的混沌现象。实验结果表明:波尔共振仪中摆轮做阻尼振动时,其振动振幅出现随时间逐渐减小,最终停止摆动的确定性规律,但每一次摆轮的运动过程都是随机的,各不相同。只要时间足够长,摆轮最终都会收缩成一点,形成稳定的焦点,即混沌吸引子。这就是波尔共振仪中摆轮做阻尼振动出现的混沌现象。