狭缝式环形超声聚能器的径向振动特性

对一种狭缝式环形超声聚能器的径向振动特性进行了研究。基于机电类比原理,通过引入面积比系数,推出了聚能器的径向振动机电等效电路及频率方程;得出了其径向位移振幅放大系数表达式。通过数值计算,探讨了聚能器第1、2阶径向共振频率及振幅放大系数与其半径比的关系;分析了狭缝长度、角度及数目对聚能器振幅放大系数及共振频率的影响,并进行了有限元仿真。研究表明,聚能器的振幅放大系数随其半径比的变化存在极大值,并随狭缝数量、长度及宽度增加而增大;而其径向共振频率则随三者的增加而减小,理论与有限元仿真及实验结果符合较好。      

半波长余弦形超声聚能器

本文导出了半波长余弦形聚能器的频率方程以及参数的计算式和曲线,根据理论公式设计制作了这种聚能器,通过对谐振频率及放大系数的测量发现实测值与理论值吻合。     

若干组合超声聚能器的计算和测量

本文用近似理论导出了组合聚能器的谐振频率,放大倍数M_p,形状因数φ和输入阻抗的一般公式.在此基础上,对过渡段为圆锥形、指数曲线形、悬链线形的阶梯型聚能器,对窄端带有圆柱杆的组合圆锥形、宽端带有圆柱杆的悬链线形聚能器,分别给出了计算式.计算了在一定面积系数N下,上述聚能器的M_p,φ和在谐振频率附近输入阻抗与Kl_2的关系,给出设计曲线.实验验证了理论计算、理论值和实验值基本符合.     

幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路

基于机电类比原理和变厚度薄圆环的平面应力方程,推导了幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路、共振频率方程和位移放大系数。讨论了第一、二阶径向共振频率及相应的位移放大系数随圆环半径比的变化关系。结果表明,幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路是一种非互易二端口等效网络;一阶和二阶共振频率随圆环内外半径比的增大而增大;一阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大先降低后升高,二阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大而降低,但二阶时的位移放大系数整体大于一阶,因此二阶径向共振模式具有更好的径向振动性能。用COMSOL有限元软件对解析理论分析结果进行了验证,仿真模拟结果与解析理论符合良好。根据幂函数型环形聚能器的等效电路模型,进一步设计了一种压电环形换能器,计算了第一、二阶径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数,通过与COMSOL有限元软件模拟结果对比,符合良好。本文研究结果为幂函数型环形聚能器及压电环形换能器的工程应用提供了简明设计理论,文中研究结论可作为一种径向超声切割刀在超声工程中获得重要应用。      

超声辅助磨削杯形砂轮变幅器设计与试验*

超声辅助磨削在硬脆材料的加工中应用广泛。为研制以杯形砂轮为加工工具的超声辅助磨削主轴附件式工具系统,建立了杯形砂轮变幅器的理论模型,推导了其频率方程,并通过Matlab开发了杯形砂轮变幅器设计软件。利用该软件结合有限元分析对杯形砂轮变幅器进行了设计。将研制的杯形砂轮变幅器与BT40刀柄一体化外套筒、导电滑环装配组成了杯形砂轮超声辅助磨削主轴附件式工具系统。对该超声振动系统进行了阻抗分析试验及超声谐振试验,结果表明,该超声振动系统阻抗性能较好,能够使杯形砂轮产生稳定的超声振动,验证了所提出的设计方法的正确性,为主轴附件式超声磨削装置的设计提供了理论参考。     

联合聚能器的理论分析和计算

本文讨论了二级联合聚能器的设计方法。从一般形式出发,引入二个不同的形状函数,根据联合聚能器各部分的边界条件和连续条件,按一维问题考虑,推导出了有负载情况下二级联合聚能器的通用频率方程和振速放大系数,还导出了计算联合聚能器各点的位移,振速,应变,纵向弹性力,应力的关系表达式。在上述的表达式中,只要代入所需的二个形状函数,便能推得指定形状下设计二级联合聚能器所需的各种表达式。在某些条件的假定下,可以推出各种简化情况下的有关表达式,为今后功率超声换能器的设计提供必要的数据。     

油气混输中掺混器的研究与改进

在常用的油气混输工艺中,从油井开采出的油和气经分离处理后重新掺混,再由混输泵加压后通过管道运送或由气泵、液泵分别加压,掺混后运送。为了避免引起混输管道的大幅振动以及对泵造成损坏,混输工艺一般都要求掺混器出口不能出现大规模气态段塞现象。在本文当中,我们对T形管掺混器、文氏管掺混器进行了实验研究,并提出了能对进入掺混器的气体质量流量进行控制的拉伐尔喷管掺混器设计方法。试验结果表明,拉伐尔喷管掺混器可以非常方便地根据需求控制掺混器下游流态。这一特性使得拉伐尔喷管掺混器在石油、化工领域具有非常广泛的应用前景。     

可调频率压电换能器原理

最近,我们曾研究电负载对压电振动系统振动特性的影响。随着电负载的连续变化,通过压电效应,压电振动系统的谐振频率也连续地改变。由此引伸,可以实现可调频率压电换能器,本文将对其原理进行研讨。我们将对压电夹心换能器进行这种调节频率的理论分析,并对一种纵向加电场,纵向振动的夹心换能器进行实验比较。理论与实验结果一致表明,用有效耦合系数K_eff来衡量,该换能器可以在一个半倍频程的范围内有效地工作。这里提出的可调频率压电换能器,由于是改变电负载,通过压电耦合来实现换能器的频率调节的,因此它还具有方便、连续和瞬时可调的特点。     

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.     

粉末药型罩的材料密度对聚能射流性能的影响

为研究粉末药型罩的材料密度对其所形成的聚能射流的影响,借助Birkhoff定常模型和Gurney压垮速度理论,计算了相同装药条件下药型罩密度与其所形成的聚能射流速度、射流微粒动量与动能的关系曲线。在相同装药结构下,对W、Cu质量配比分别为0.5∶0.5和0.4∶0.6的两种W-Cu粉末药型罩,进行了射流速度测定和破甲威力实验研究。计算结果与实验结果吻合较好,表明借助Birkhoff定常模型和Gurney压垮速度理论所计算的射流密度、射流微粒动量及动能与药型罩密度的关系曲线具有一定的参考价值,增大粉末药型罩密度可有效提高聚能射流的破甲威力。