立式超声珩磨设备的研制

本文介绍了立式超声珩磨设备的设计理论和特点．在研制卧式超声珩磨设备的基础上，我们提出了在机床不停机的条件下使油石胀开以及珩磨杆、珩磨头体均不振动的设计思想，并采取了两条相应的措施：（1）采用有圆柱孔的压电换能器和变幅杆；（2）在弯曲振动圆盘的圆周节线处制有四分之一波长的声绝缘杆，然后将珩磨杆安装在声绝缘杆上．对立式超声珩磨设备的温升进行了测试，并采取了相应的降温措施，立式超声珩磨设备的最高温度可以控制在40℃，频率漂移量减少39．6％．最后，讨论了立式超声珩磨设备的应用范围．     

超声珩磨区实际气体的单空泡动力学分析

为进一步揭示功率超声振动的珩磨机理,以珩磨液为工作介质,研究了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学特性。基于Rayleigh-Plesset方程,应用实际气体绝热方程和范德瓦尔斯方程对其进行了修正,建立了功率超声珩磨环境中实际气体的单空泡动力学方程以及实际气体单空泡共振频率方程。并运用4~5阶RungeKutta法模拟了不同超声条件(声压幅值、空泡初始半径、振动频率)对泡壁的运动以及运动速度的影响。结果表明:较高的声压幅值,空泡理论共振半径R'0与初始半径R0的比值为102数量级以及较低的超声频率有利于超声珩磨磨削区空化效应的发生。     

钢质薄壁气缸套超声珩磨的研究

作者作用自行研制的立式超声珩磨装置对钢质薄壁气缸套本体进行了超声珩磨试验，分别以表面粗糙度和珩磨效率为指标对超声珩磨油石进行了正交试验，确定了超硬磨料，粒度和结合剂对表面粗糙度和珩磨效率的影响顺序，试验结果表明，超声珩磨钢质薄壁气缸套可提高珩磨效率１－３倍，表面粗糙度Ｒａ可达０．５－２．１μｍ，超声珩磨解决了钢质薄壁气缸的加工难题，开辟了一条高效率珩磨加工软钢的途径。     

松孔镀铬层的高效超声珩磨

作者使用自行研制的立式超声珩磨装置对钢质薄壁气缸套松孔镀铬层进行了超声珩磨试验。试验结果使用人造金刚石和ＣＢＮ油石时，与普通珩磨相比，超声珩磨镀铬层可提高珩磨效率１４－５９倍，表面粗度Ｒａ可达０．２－１．２７μｍ，加工精度可达ＩＴ６－ＩＴ７。     

超声振动珩磨作用下空化泡动力学及影响参数

为了合理利用超声振动珩磨作用下的空化效应,以磨削区单个空化泡为研究对象,考虑珩磨头合成扰动速度和珩磨压力的作用建立了磨削区空化泡的动力学模型。数值模拟了空化泡初始半径,珩磨压力,液体静压力和超声声压幅值对磨削区空化效应的影响。研究表明考虑超声振动珩磨作用时,空化泡膨胀的幅值会受到抑制,其溃灭时间也会缩短,而且较容易出现稳态空化。珩磨压力和液体静压力对磨削区空化主要起抑制作用,超声波声压幅值在一定范围内能够促进磨削区空化效果的提升。本文的研究为进一步理解超声振动珩磨的空化机理提供了理论支持。     

强力超声珩磨在高强度钢深孔加工中的应用

高强度钢深孔的珩磨加工一直是工厂生产中的技术难题，本文作者使用自行研制的φ１２２ｍｍ卧式深孔强力超声珩磨装置对高强度钢深孔进行了大量的强力超声珩磨试验，超声珩磨使用了人造金刚石和立方氮化硼油石，试验结果表明，在同样条件下，强力超声珩磨可提高珩磨效率１～３倍，提高磨削比１．３４倍，表面粗糙度达到Ｒａ０．８μｍ     

功率超声珩磨磨削区空化声场的建模与仿真研究

通过建立Φ47功率超声珩磨磨削区流体-结构耦合声场的理论模型,采用ANSYS有限元分析软件对磨削区的空化声场进行了仿真分析,得出磨削区二维、三维空化声场的分布情况和声压幅值,并利用超声波功率测量仪对磨削区的空化声场进行模拟实验测量。结果表明:在谐振频率18.6 kHz下,声场主要集中在油石的中部,二维和三维声场的声压最大值分别为1.39 MPa和1.47 MPa,与实验测得声压最大值1.3 MPa在同一个数量级,为进一步研究功率超声珩磨空化效应提供理论和实验的基础。     

有负载的超声弯曲变幅杆的振动特性分析

基于传递矩阵法,介绍了负载情况下弯曲变幅杆振动分析的一般方法。作为方法的应用例,对负载情况下弯曲交幅杆的谐振频率,以及负载情况下变幅杆的放大系数进行了一些数值计算。最后验证了负载抗对变幅杆谐振频率的影响。     

锥变截面管形超声振动系统的设计

设计了一种锥变截面管形超声振动系统,振动系统由夹心式压电换能器和锥形变截面金属圆管组成。推导了锥变截面管形超声振动系统的等效电路和谐振/反谐振频率方程。利用等效电路法、有限元法对锥变截面管形超声振动系统进行了分析设计并制作了相应的实验样品。研究结果表明,锥形变截面管的等效电路为一种新型的非互易二端口等效网络;锥变截面管形超声振动系统具有较好的频率隔离性、较大的位移振幅和均匀的振动位移输出。该超声振动系统可望在超声连续缝焊、环形部件的超声切割和超声钻孔等领域获得应用。     

基于压电换能器谐振网络幅频特性的频率跟踪技术

本文分析了压电换能器谐振网络的幅频特性,介绍了利用该特性进行频率跟踪的实现方法,并对眼科白内障超声乳化仪中的超声手柄进行了频率跟踪实验。实验研究表明利用谐振网络的幅频特性,对超声振动系统进行频率跟踪是一种简单、有效、可行的方案。     

弯纵复合超声直线马达的研究

本文研究了一种利用一阶纵振动和二阶弯曲振动的弯纵直线超声马达，采用加粗两端金属块的方法达到频率简并。实验测量得出一阶纵振动为36．6kHz，二阶弯曲振动频率为37．3kHz。利用该马达设计研制了一套驱动装置，经实验测得，当马达的预压力14．3N时，该装置无承载且无负载速度大于6cm／s；该装置承载196N的重物且负载l-2kgf时，仍能正常运行。     

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,...     

超声频矩形六面体的三维耦合振动

本文利用表观弹性法分析了矩形六面体的三维耦合振动,重点分析并计算了矩形六面体的基模方式耦合振动,推出了矩形六面体基频振动的总体频率方程,得出了六面体基模耦合振动的三个谐振频率,即六面体三个轴向的谐振频率f_x,f_y及f_z,实验表明谐振频率的测量值与计算值基本符合,本研究将为复频超声清洗中换能振动系统的设计提供理论依据。     

电负载对压电振动系统特性的影响

我们研究分析了由于电声耦合,电负载对压电振动系统特性的影响.结果表明:(1)在电负载阻抗由-∞到 ∞改变时,系统的机械谐振频率将充满0到∞整个频率域;(2)位移和应力分布.也将随之变化,甚至在两自由端(应力等于零的地方)位移也可能为零.我们还给出了侧向极化压电条的纵向振动的实验结果,并与理论分析进行比较.     

锁相式超声振动系统频率自动跟踪的初步研究

在功率超声的应用中，频率自动跟踪技术是需要解决的一个重要课题，是提高超声设备输出功率和效率的重要途径之一，本文阐述了超声换能器在谐振频率附近的电抗特性，由此得出了采用锁相技术进行频率自动跟踪的理论基础，文中详细叙述了锁相工频率自动跟踪系统的是电路结构及工作原理，并用压力模拟负载进行了实验，实验结果表明：系统的跟踪性能能够较好地满足实际要求。     

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。     

基于ZnO压电薄膜的弯曲振动硅微压电超声换能器的研究

对所研制的硅微压电超声换能器（PMUT）的振动特性进行了研究分析。对硅微压电超声换能的振动膜薄板的厚度相对于薄板的尺度（边长）而言较薄的情况,理论分析与实验结果均表明残余应力对换能器的谐振频率影响较大:不考虑残余应力的理论分析得出的换能器谐振频率与器件的实验测量的结果相差较大,而考虑残余应力的分析给出的谐振频率结果与实验结果是符合的。本文还对所制作的硅微压电超声换能器的谐振频率及导纳进行测量,并给出其等效电路参数。其中振动膜边长为1mm的换能器的谐振频率为71.25 kHz。最后对其进行了简单接收发射实验,测得谐振频率处的接收灵敏度为-201.6 dB（ref 1 V/μPa）,发射电压响应约为137 dB（ref 1 μPa·m/V）。     

步进追频及恒振幅控制的超声电源设计

针对超声金属焊接过程中出现的负载变化导致谐振频率漂移和焊接振幅失恒问题,设计了一种基于步进追频及恒振幅控制的超声电源。在负载变化对谐振频率影响的研究基础上,根据FPGA-DDS步进追频原理设计了负载变化追频逻辑;结合全桥逆变电路的移相控制方式,研究了不同占空比下的最大输入电流与最大焊接振幅的关系,提出了基于输入电流反馈下的步进移相恒振幅控制方案;实验结果表明,负载变化追频逻辑实现了谐振频率快速变化下的动态实时追踪,解决了因频率失谐导致的焊接振幅非线性下降问题。同时,在加入了振幅闭环控制后,实现了焊接振幅相对极差稳定在10%以内。     

JC-2型晶体管超声处理机及其应用

JC-2型超声处理机是一种在液体中进行超声处理的多用途超声设备。它由超声振动系统(包括换能器和变幅杆)和超声频电动率源两大部份组成。其特点是在被处理液体中的超声强度可以在较宽的范围内连续调节,具有频率自动跟踪特性,在不同负载条件下能使振动系统始终工作在最佳状态。设有定时处理装置及输出强度指示,使用方便。     

弱酸试纸法测量功率超声珩磨空化声场的研究*

为了简便、直观地测量功率超声珩磨磨削区的空化声场强度及分布情况,提出了利用弱酸PH试纸测量磨削区空化声场的方法。利用超声空化效应产生的弱酸空化泡在PH试纸表面溃灭后,形成深浅和分布不同的变色区域,间接地表征油石表面空化声场的强弱和分布规律。通过对比不同超声频率、测试距离和时间,得出了最佳测试距离和时间。结果表明,当超声频率为18.6 kHz,距离为10 mm时,测得油石表面的空化声场强度和分布最佳。该方法可形象地评价功率超声珩磨磨削区空化声场的强度和分布情况,具有一定的实际应用价值。