近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,高硬脆材料在航空航天、醫(yī)療、武器裝備制造等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,而超聲振動加工在加工多種硬脆材料時,均表現(xiàn)出加工效率高、表面質(zhì)量良好等特點。而二維復(fù)合振動加工更是可極大提升相較單向振動加工的加工質(zhì)量,本文設(shè)計了二維縱-扭復(fù)合超聲銑削加工系統(tǒng)并進(jìn)行了試驗探究,從而更好地發(fā)揮超聲振動加工的優(yōu)勢。本文結(jié)合數(shù)值解析法及ANSYS有限元仿真設(shè)計了圓錐過渡復(fù)合變幅桿,并在圓錐段開設(shè)螺旋溝槽,分析了螺旋溝槽處橫波的存在性,理論推導(dǎo)了螺旋溝槽的振型轉(zhuǎn)換機理;通過模態(tài)分析結(jié)果驗證了變幅桿末端的縱-扭復(fù)合振動的輸出;通過對變幅桿的瞬態(tài)動力學(xué)分析,擬合出復(fù)合振動的振動軌跡,為一近似橢圓結(jié)構(gòu)。其次,在ANSYS有限元模態(tài)分析的基礎(chǔ)上,探究了縱-扭變幅桿上螺旋溝槽幾何參數(shù),包括螺旋溝槽個數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度、槽深等對變幅桿諧振頻率、放大倍數(shù)及扭縱分量比的影響規(guī)律,并利用正交參數(shù)分析法分析了影響螺旋溝槽參數(shù)對變幅桿扭縱分量比及諧振頻率的主次順序;根據(jù)變幅桿剛性要求及系統(tǒng)加工應(yīng)用要求,選擇合適的螺旋溝槽幾何參數(shù)。結(jié)合ANSYS有限元仿真及阻抗分析測試討論分析了螺旋溝槽式縱-扭變幅桿三段結(jié)構(gòu)長度對于變幅桿扭縱分量比、放大倍數(shù)及諧振頻率的影響規(guī)律及敏感度,并基于該結(jié)論建立頻率修正方程,針對開設(shè)溝槽后及添加工具桿后的變幅桿頻率偏移問題,利用該方程對變幅桿進(jìn)行頻率修正,修正后與設(shè)計值僅有0.47%的偏差,與超聲系統(tǒng)匹配程度較高。最后,利用自行研制的超聲波電源,搭建了縱-扭復(fù)合超聲振動銑削系統(tǒng)試驗臺,對超聲系統(tǒng)進(jìn)行振動霧化測試,并分析了工具桿伸出長度對超聲系統(tǒng)的影響,驗證了阻抗分析結(jié)果的正確性;開發(fā)設(shè)計出超聲扭轉(zhuǎn)振動測評裝置及方法:通過在銑刀側(cè)面布置多個測定點,利用激光位移傳感器測定每點的扭轉(zhuǎn)振幅,擬合出扭轉(zhuǎn)幅度函數(shù)曲線,從而精確計算出工具桿上某點的扭轉(zhuǎn)振幅,對系統(tǒng)輸出的復(fù)合振動進(jìn)行了量化,驗證了有限元仿真的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG54
【部分圖文】：

桿的面積比對變幅桿的諧振頻率降低系數(shù)的影響規(guī)律。2005 年，張析法設(shè)計的基礎(chǔ)上，對一半波長圓錐形變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析，以變幅設(shè)計要求的差值最小為標(biāo)準(zhǔn)，基于有限元仿真對帶有負(fù)載的變幅桿。2005 年，姚文葦，林書玉[26]理論推導(dǎo)了帶有負(fù)載的變幅桿放大系式，并求解了帶有負(fù)載的超聲變幅桿的放大系數(shù)，推導(dǎo)計算了縱向振桿四端網(wǎng)絡(luò)等效電路，得出了在純阻與純抗的負(fù)載下，變幅桿放大系頻率方程，利用 Matlab 軟件揭示了負(fù)載對變幅桿諧振頻率及放大系，并得出以下結(jié)論：當(dāng)負(fù)載較小時，頻率與放大系數(shù)會有較為迅速的較大時，頻率與放大系數(shù)基本不變化，甚至趨于穩(wěn)定。2013 年，趙，趙波[27]基于解析法，對帶工具頭變幅桿進(jìn)行設(shè)計并進(jìn)行修正，結(jié)合帶工具頭變幅桿的節(jié)點位置進(jìn)行分析探究，得出變幅桿輪廓線與軸不重合的結(jié)論。 二維縱-扭復(fù)合加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

螺旋溝槽式縱-扭復(fù)合變幅桿的設(shè)計.1 螺旋溝槽振型轉(zhuǎn)換機理.1.1 應(yīng)力波反射及折射原理在彈性介質(zhì)中，聲波可傳播振動能量。在聲波在固體、氣體以及流體介質(zhì)中傳播時，帶動質(zhì)點偏離其對應(yīng)的平衡位置后，在相應(yīng)的彈性介質(zhì)內(nèi)隨即產(chǎn)生聲彈性恢復(fù)力，而聲波及介質(zhì)組成的運動系統(tǒng)具有一定的慣性，彈性恢復(fù)力與該性相耦合后，介質(zhì)中質(zhì)點的振動將傳遞給相鄰其他質(zhì)點，進(jìn)而產(chǎn)生并發(fā)射聲波此，傳播介質(zhì)發(fā)生的改變會造成聲波在傳遞過程中出現(xiàn)反射與折射現(xiàn)象。根據(jù)上述理論分析可知，當(dāng)縱波L 或橫波S 傾斜入射鋼/空氣界面，會產(chǎn)生縱波'L 、反射橫波'S 以及折射縱波''L ，其波形轉(zhuǎn)換如圖 2-1 所示。

將不會出現(xiàn)橫波，也就是說，單一的縱波入射不此，若要出現(xiàn)二維縱-扭復(fù)合振動，必須改變以上播介質(zhì)的改變（如從液體介質(zhì)到氣體介質(zhì)或從固發(fā)生一系列的反射或折射現(xiàn)象，從而產(chǎn)生反射縱槽處反射橫波的存在性傳振桿側(cè)面上均勻開設(shè)螺旋溝槽，溝槽的長度為示，聲波由傳振桿 L 面?zhèn)鬟f到傳振桿 T 面過程中的邊界是一條螺旋線，選取其上極小的一段 dx，將標(biāo)系，如圖 2-2 所示，設(shè)半無限彈性介質(zhì)的自由假定 yoz 面的右邊為真空，即全部入射波在界面建立如圖 2-3 的坐標(biāo)系。設(shè)入射平面簡諧縱波 S3），入射縱波中質(zhì)點的位移函數(shù)式（2-4）是方程
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2875792