有载变幅杆特性的Mbius变换分析

本文把复变数解析映象理论引用于变幅杆的研究,解决了有复数、变动负载阻抗时,变幅杆的一些特性分析问题。 文中导出了圆锥形、指数形和悬链线形等变幅杆纵振动解析解;应用Mboius变换,建立了阻抗映象图,直观地表达了变幅杆两端复阻抗对应关系及相应变化关系;讨论了变幅杆两端相对阻抗相等问题;分析了变幅杆工作稳定性;此外,应用Mobius反变换,给出了在各种负载条件下的变幅杆谐振方程,并对方程有解条件进行了讨论。 计算结果表明:现有的一些计算变幅杆谐振频率公式,均包括在本文所给结果之中。理论和验证实验结果相符合。     

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。     

广义变幅器理论——有负载情况下变幅器特性研究

考虑到变幅器是有负载的,而不是自由谐振的,我们可以将现有的变幅器加以推广,并建立起广义变幅器理论。在此情况下,振幅放大不仅可以在变截面杆的截面小的一端获得,而且在等截面杆中,甚至在变截面杆大的一端发生。 这种推广将变幅比跟负载的阻抗匹配联系起来了。因此可以根据负载来选择最佳的变幅比。     

超声弯曲模式变幅杆的振动分析

介绍了用传递矩阵分析超声弯曲变幅杆的方法,推导了变幅杆的频率方程、放大系数、形状因子的表达式。作为方法的应用例,对圆锥形变幅杆进行了一些数值计算。最后进行了验证。结果表明传递矩阵法是弯曲变幅杆分析的有效方法。     

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.     

抗性负载超声变幅杆振动特性研究

在负载为纯力抗的状况下，利用纵振型变幅杆等效四端网络，对频率方程和放大系数进行了研究．得到了三类常用变幅杆频率方程和放大系数的表达式；并通过MATLAB编程，分别绘制了三类变幅杆共振频率及放大系数随负载变化的曲线图．这将对超声变幅杆的研究和设计提供一定的理论依据．     

模式转换型超声塑焊振动系统的设计

基于弯曲振动理论和耦合振动理论,设计了一种新型大尺寸筒形超声塑焊振动系统。该振动系统由纵向振动换能器及变幅杆、弯曲振动金属圆盘和耦合振动圆筒四部分组成。换能器和变幅杆的纵向振动驱动圆盘的二次弯曲模式振动,圆盘的二次弯曲模式振动激励圆筒的纵向模式振动,实现了工具头在较高频率下谐振。实验结果表明,振动系统的测试频率与计算频率比较符合,在大信号下测试的纵-弯-纵振动模式转换效果很好。研究结果为高频大尺寸超声焊接系统的设计提供了思路。      

带有锥形孔的复合变幅杆设计及动态分析

在超声振动拉丝加工过程中,为了实现线材的顺利拉拔,需要应用带有锥形孔的复合变幅杆。为此,本文基于等效四端网络与传输矩阵法,建立了带锥形孔圆锥变幅杆的传输矩阵,推导出带锥形孔圆锥过渡复合变幅杆的频率方程的一般公式。根据推导出的频率方程,应用区间搜索法和牛顿迭代法获取了准确的数值解,实现了该复合变幅杆的纵向振动。之后,应用有限元软件Ansys对设计出的复合变幅杆分别进行模态分析和动力学特性分析,获得了各段不同长度下复合变幅杆谐振频率、放大系数以及最大应力值的变化规律。最后,对制造出的复合变幅杆进行阻抗与振动性能测试,结果表明其频率准确,且振幅比较稳定。     

带压电片的阶梯形变幅杆的几何尺寸对振动特性的影响

本文分别讨论了两种振子:螺栓连接的振子和张力壳连接的振子。目的是:对螺栓连接的振子,通过改变阶梯形变幅杆的粗棒长度,分别研究细杆长度、位移振幅放大倍数,以及细杆输出位移振幅的变化,从而优选出变幅杆的粗端长度。另一方面对张力壳连接的振子,通过改变粗端直径大小,观察了细杆输出位移振幅的变化,粗、细端直径和谐振频率的关系。同时对细杆长度和谐振频率的关系,分别进行了探索,给出了选择振子尺寸的方法。 关键词：     

斜槽式单激励纵扭超声变幅杆设计*

为实现在纵向单激励超声振动输入条件下获得纵扭谐振输出,提出一种基于声波传播理论为基础设计阶梯型变幅杆,并在其小端增加沿中心轴均布6斜槽的圆环传振杆的方案：首先数值计算进行理论设计,然后使用有限元进行分析修正,最后确定变幅杆尺寸。结果表明：理论设计谐振频率20kHz,仿真分析在19457Hz时变幅杆能够实现纵扭谐振;根据仿真结果制作变幅杆,阻抗测试结果谐振频率为19884Hz,与理论值、仿真值误差较小;在输入端加载幅值为5μm的纵向单激励超声振动,测试输出端截面圆周上任意一点,其切向和纵向振幅分别为12.7μm和8.5μm,表明变幅杆实现了纵扭谐振且振幅增强。     

超声手术刀声学系统设计和实验*

为兼顾阶梯型变幅杆的高放大系数以及曲线过渡变幅杆突变截面处的高疲劳强度,本文提出了一种最速曲线过渡段的超声刀换能器。首先,基于等效电路法,设计了夹心式压电换能器的基本结构。在此基础上,结合超声刀的工作条件和材料特性,对换能器基本结构进行精确设计;然后,利用FEM法和实验法获取了换能器纵振频率以及频率响应曲线,进一步证明了本文所设计换能器的有效性;最后,对所设计的换能器进行了一系列测试,结果表明：测定了无负载换能器谐振频率与输出端振幅,与设计目标、仿真结果相吻合;连接负载后凝血,切割效果良好。     

大截面超声变幅杆的近似设计理论

木文研究了大截面圆形变幅杆的设计问题,通过引进变幅杆的等效半径,利用表观弹性法理论,分析了圆锥形、指数形及悬链线形三种常用变幅杆的耦合振动,给出了适用于工程应用的近似设计及计算公式.理论计算及实验表明,利用近似理论计算设计大截面变幅杆,物理意义明显,计算简单,利用计算器便可迅速得出所需数据。与一维理论的计算结果相比,考虑径向振动后所得到的大截面变幅杆的谐振频率更接近于实际测量值,并且设计频率与测量频率之间的误差也完全满足工程上的要求.     

四分之一波长喇叭式集中变幅杆构成的超声振动刀具系统

将超声波变幅杆与弯曲振动刀杆作为一个系统加以研究.通过对四分之一波长喇叭式集中变幅杆激振弯曲振动刀杆时理论分析和试验发现,该刀具系统中的变幅杆和弯曲振动刀杆虽然可以单独设计,但是应当按节点激振方式工作.     

扭转超声振动系统中局部共振的研究

本文从扭转振动波动方程出发，推导出了具有类圆锥过渡段的复合阶梯型扭转变幅杆的频率方程解析表达式。从实验和理论上对该复合变幅杆的谐振频率随杆细端长度和直径的变化进行了测量和计算。通过对比，证明了复合振动系统中局部扭转共振现象的存在，并得到了其产生条件。     

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。     

计及横向耦合的振幅变换器的计算

本文从弹性理论的普遍方程出发,用伴随法求解了轴对称变幅杆的振动模式。因为没有忽略横向耦合的影响,故用本法的计算结果不受横向尺寸的限制。作为用例,我们用本法计算了三种尺寸的指数式变幅杆的谐振频率,所得结果似比一维理论的计算结果更接近于实测。本法的另一优点是可以用来计算其他非指数型的变幅杆,例如高斯型杆、抛物线型杆等。关于本法的适用范围问题,还有待于进一步的研究。     

超声振动系统的纵-弯和扭-弯复合振动

对超声变幅杆以及变幅杆与夹心换能器组成的振动系统的纵－弯和扭－弯复合振动进行了研究．变幅杆是任意变截面杆,弯曲振动分析是基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ理论．理论结果进行了实验验证．     

负载动态法测均匀细杆杨氏模量的理论与方法

推导了细杆作横振动时其数理方程定解问题的一般形式,求出了加载均匀细杆横振动频率关于负载位置和负载质量的严格解,并据此提出了一种动态测量均匀杆杨氏模量的方法.还用实验验证了该理论,由此测得的杨氏模量与传统弯曲法测得的结果基本一致.     

等截面超声弯曲谐振杆长度计算

一、问题的提出 目前超声界对等截面弯曲谐振杆的计算普遍使用挠曲变形理论。根据我们的长期实践,这个理论对接近超声频率和超声频率范围内的杆件,误差较大,给工作带来许多困难。为此我们查阅了有关文献。对于弯曲振动杆,比较精确的理论是存在的。这就是既考虑挠曲变形,又考虑迴转惯量和剪切变形的弯曲杆理论。但这个理论在数学上运算较繁,不易使用。     

扭振超声变幅杆谐振参数测定方法的研究

介绍以小信号正弦电磁激振和脉冲设击激振，加速度计进行信号检测的扭振超声变幅杆谐振频率和角位移放大系数的测定方法。该法已应用于科研试验中。