本文關(guān)鍵詞：模式轉(zhuǎn)換型徑扭復(fù)合振動壓電超聲換能器研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展及科技的進(jìn)步,工程上對換能器振動狀態(tài)及振動種類的要求越來越多樣化,特別是在超聲旋轉(zhuǎn)加工、切削、超聲電機等領(lǐng)域,要求各種復(fù)合振動模式的換能器。復(fù)合振動模式的壓電超聲換能器主要是由單一振動模式轉(zhuǎn)換耦合而來,主要有縱扭、縱彎、彎扭模式等。超聲電機的定子實質(zhì)上是一個復(fù)合振動模式的超聲換能器,因其大扭矩、低噪聲抗干擾性能好等優(yōu)點而成為近年研究的熱點。傳統(tǒng)電磁式電機可被超聲電機取代應(yīng)用于需要抗電磁干擾、低噪聲的精密儀器。超聲電機的種類也隨著各領(lǐng)域需求的不同而不斷創(chuàng)新和優(yōu)化。本文提出了一種模式轉(zhuǎn)換型徑扭復(fù)合振動模式的壓電超聲換能器。通過推導(dǎo)理論、建立模型、實驗分析的方法系統(tǒng)研究了扭復(fù)合振動模式的壓電超聲換能器的振動特性。主要研究內(nèi)容如下：1.首先利用諧振疊加法對由縱向振動的壓電超聲換能器與徑向振動的狹縫式環(huán)形聚能器組成的具有功率合成功能的縱-徑耦合型超聲振動系統(tǒng)進(jìn)行探究。通過機電類比原理導(dǎo)出系統(tǒng)的等效電路圖及共振頻率方程,得到了狹縫式環(huán)形聚能器振幅放大系數(shù)及第1階及第2階諧振頻率隨內(nèi)外半徑比變化的關(guān)系曲線。結(jié)果表明,采用振幅放大系數(shù)較大的第2階共振模式的聚能器與換能器組合可以合成較大的超聲功率,理論與仿真、實驗結(jié)果一致。2.研究了等厚度斜縫式壓電超聲換能器的振動特性。分別討論金屬環(huán)形蓋板的徑向及扭轉(zhuǎn)振動特性,通過引入徑-徑耦合系數(shù)和徑-扭耦合系數(shù),將徑向振動與扭轉(zhuǎn)振動等效阻抗串聯(lián)耦合到壓電陶瓷圓盤徑向振動電路的機械端,得到換能器總體等效電路及共振頻率方程。通過理論和仿真及實驗的方法分析了換能器斜角及內(nèi)外半徑比與共振頻率的關(guān)系。3.對線性變厚度斜縫式壓電超聲換能器振動特性進(jìn)行了分析研究。采用ANSYS有限元仿真軟件完成了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析及瞬態(tài)分析研究。得到換能器的共振頻率、反共振頻率、導(dǎo)納頻率曲線,仿真出斜角為300、450、600的壓電超聲換能器邊緣同一位置節(jié)點在其共振頻率下的橢圓運動軌跡,并與等厚度斜縫式換能器在其共振頻率下同一位置處節(jié)點的橢圓運動軌跡進(jìn)行了比較。4.實驗測試幾組不同斜角線性變厚度換能器樣品的共振頻率,通過給予壓電陶瓷圓片Z向極化,使得斜縫式換能器產(chǎn)生徑扭復(fù)合模式的振動,并利用阻抗分析儀測得的共振頻率與仿真結(jié)果基本一致。
【關(guān)鍵詞】：超聲換能器 振動模式轉(zhuǎn)換 等效電路 橢圓運動 ANSYS有限元仿真
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 復(fù)合振動模式壓電超聲換能器的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 主要研究內(nèi)容11-13
• 2 縱-徑耦合型超聲功率合成振動系統(tǒng)13-26
• 2.1 縱-徑耦合超聲功率合成振動系統(tǒng)13-14
• 2.2 狹縫式環(huán)形聚能器的徑向振動分析14-19
• 2.2.1 狹縫圓環(huán)的徑向振動分析15-17
• 2.2.2 頻率方程17-18
• 2.2.3 位移振幅放大系數(shù)18-19
• 2.3 數(shù)值計算及有限元分析19-21
• 2.4 超聲功率合成振動系統(tǒng)21-23
• 2.5 實驗23-25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 3 等厚度斜縫式徑-扭復(fù)合模式盤型壓電換能器振動分析26-35
• 3.1 盤型壓電換能器的徑-扭振動26-31
• 3.1.1 環(huán)形蓋板的徑向振動及其等效電路28-29
• 3.1.2 環(huán)形蓋板的扭轉(zhuǎn)振動及其等效電路29-30
• 3.1.3 換能器徑-扭復(fù)合振動模式的等效電路及頻率方程30-31
• 3.2 數(shù)值計算及分析31-34
• 3.2.1 斜縫式復(fù)合振動換能器共振頻率與斜縫角度的關(guān)系32-33
• 3.2.2 共振頻率與內(nèi)外半徑比的關(guān)系33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 線性變厚度徑-扭復(fù)合模式盤型壓電超聲換能器仿真分析35-46
• 4.1 徑-扭復(fù)合模式盤型壓電超聲換能器的性能參數(shù)35-37
• 4.1.1 壓電陶瓷的性能參數(shù)35-36
• 4.1.2 線性變厚度圓盤的性能參數(shù)36-37
• 4.2 模態(tài)分析37-40
• 4.3 諧響應(yīng)分析40-42
• 4.4 瞬態(tài)分析42-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 5 徑-扭復(fù)合模式盤型壓電超聲換能器實驗測試46-50
• 5.1 實驗器材加工、原理、步驟46-48
• 5.2 實驗測試結(jié)果及分析48-49
• 5.3 本章小結(jié)49-50
• 6 總結(jié)與展望50-52
• 6.1 總結(jié)50-51
• 6.2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果55-56
• 致謝56-58
• 浙江師范大學(xué)學(xué)位論文誠信承諾書58

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭進(jìn)軍;張?zhí)旌?黃秋風(fēng);;鑄鐵檢查井蓋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J];四川建筑科學(xué)研究;2006年03期

2 溫宇平;王清湘;;鋼骨—鋼管混凝土組合重載柱節(jié)點的有限元分析[J];四川建筑科學(xué)研究;2008年02期

3 陶津平;楚衡s

本文編號：473500