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。     

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。     

超声变幅杆设计用表的计算机编制(Ⅱ)

本文用类似第(Ⅰ)部分的方法,编制了含指数型、圆锥型、悬链线型过渡段的阶梯型复合变幅杆的设计用表.表列了公式和方程的变换结果、概述了表格数据所反映的各种复合杆尺寸及性能参数的变化趋势,最后对设计用表举了应用例.     

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。     

圆锥型复合变幅杆优化及动力学特性

针对应用传统解析法设计复合变幅杆过于繁琐的问题,提出采用简便、有效的微积法对圆锥复合变幅杆进行设计,之后通过Ansys软件对其结构进行有限元分析。此外,基于Ansys优化设计功能对变幅杆进行优化修整,对优化前后变幅杆进行阻抗分析和振动性能测试,测试结果表明优化后变幅杆振动效果更佳。最后,应用Ansys软件对变幅杆进行动力学特性分析,得到了不同直径、不同面积系数下变幅杆放大系数、最大应力值,并对仿真结果进行分析后得出了其动力学参数与大端直径及面积系数之间的关系。     

纵-扭复合振动模式指数型复合超声变幅杆的研究

本文对指数型纵－扭复合振动模式的复合超声变幅杆进行了理论及实验研究，该变幅杆由均匀截面直棒及指数型截面杆组成。文中推出了变幅杆中纵向振动及扭转振动的共振频率方程，通过发迹指数型变截面棒的截面变化规律，实现了同一变幅杆中纵向振动与扭转振动的同频共振。     

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．     

简明设计复合扭振变幅杆

传统设计复合扭振变幅杆的方法是利用各形状函数杆之间的角位移连续和力矩连续的边界条件,来确定方程中的待定系数,导出频率方程。本文利用各形状函数分界之间机械阻抗相等的方法来设计复合扭振变幅杆。可简化设计,物理意义明显。这种方法也适用于纵振复合变幅杆的设计。     

几种扭振复合超声变幅杆的研究

对左、右段为圆柱型、中间段为变截面杆的三段式复合扭振超声变幅杆给出了频率方程和参数计算通式据此得出中间段l2分别为指数型、类国雄型、类悬镇线型和类余弦型，而l1=l3≠0，或l1≠0；或l3≠0的各种组合复合杆的参数计算式，并算出了其参数值，给出了主要参数曲线．测试了十组典型试件的谐振频率和放大系数，实验结果与理论值基本一致，本法可组合成许多适应各种用途的扭振复合杆     

几种扭振复合超声变幅杆的研究

对左、右段为圆柱型、中间段为变截面杆的三段式复合扭振超声变幅杆给出了频率方程和参数计算通式据此得出中间段l2分别为指数型、类国雄型、类悬镇线型和类余弦型，而l1=l3≠0，或l1≠0；或l3≠0的各种组合复合杆的参数计算式，并算出了其参数值，给出了主要参数曲线．测试了十组典型试件的谐振频率和放大系数，实验结果与理论值基本一致，本法可组合成许多适应各种用途的扭振复合杆     

工具杆几何尺寸对超声扭转振动特性的影响

依据四端网络理论，利用机电类比方法，研究了具有类圆锥过度段的复合阶梯型变幅杆的扭转共振频率和与之相连接的工具杆的几何尺寸之间的变化关系，理论和实验符合的较好，为超声扭转加工振动系统的设计提供了参考依据。     

超声变幅杆性能参数的计算机辅助计算

本文在分析计算变幅杆性能参数的共性的基础上，给出了一种算法，能够快速计算任意级复合变幅杆的性能参数，绘出应力及位移分布。编制了相应的计算程序，该程序界面友好，为复杂变幅杆的设计、优化以及性能参数的计算提供了方便。     

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。     

新型柱孔式模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统*

为了改善基于螺旋槽结构和斜槽结构的模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统存在的结构复杂、扭转分量较小等问题,论文提出了基于新型柱孔式复合变幅杆的模式转换型纵-扭复合模态超声振动系统,并利用有限元法和数据分析对其进行了仿真分析,结果表明,引入新型柱孔式复合变幅杆的系统的输出端面的剪切应力、旋转角度得到了大幅提升,能够有效地提高纵、扭振动的转换效率。     

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%。     

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。     

性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆*

提出了一种基于压电效应的性能可调纵向振动圆锥形超声变幅杆,并对其振动性能进行了研究。该变幅杆由传统的圆锥形超声变幅杆和压电陶瓷材料组合而成。论文研究了圆锥变幅杆中压电陶瓷材料的厚度、位置以及电阻抗的改变对变幅杆性能参数的影响,并进行了数值模拟仿真及实验验证。结果表明,通过改变压电陶瓷材料的厚度、位置和电阻抗值,可以实现变幅杆共振频率和位移放大系数的改变。理论计算结果与数值模拟值和实验测试值符合得很好。     

超声换能器,变幅杆及其组合的一种计算方法

本文提出一种计算超声换能器和变幅杆组合件的数学模型,即将组合件按其形状进行分割成若干段,对单独的变幅杆亦可按其形状函数分为若干段。各段用网络等效,通过矩阵乘积简化成一个总等效四端网络,再由网络二端电学量,机械量的两两之商求得一系列性能参数。以一实例作了验证性计算,与常规的解析方法作了比较,获得了基本一致的结果。     

阶梯形变幅杆固有频率的实验研究

本工作测量了66个阶梯形变幅杆的固有频率,用实验找出了其固有频率随两端直径比N和径长比α的变化规律.又测量了126个圆弧过渡的阶梯形变幅杆的固有频率,用实验找出了其固有频率随参数N和R/d的变化规律.结果以曲线表示,供设计变幅杆用.根据这些实验规律设计的阶梯形变幅杆,其固有频率的误差小于1％.