超聲振動輔助磨削加工相較于傳統(tǒng)磨削加工有著得天獨厚的優(yōu)勢,在超聲輔助磨削聲學系統(tǒng)設計中,節(jié)點位置不但影響聲學系統(tǒng)的能量傳輸效率,而且也影響到系統(tǒng)的發(fā)熱與諧振頻率漂移,成為整個振動系統(tǒng)穩(wěn)定和有效工作的關鍵。傳統(tǒng)變幅桿節(jié)點位置設計,并未考慮固定件—法蘭盤外觀尺寸,導致其與實際節(jié)點位置相差較大,而利用有限元優(yōu)化設計或者試驗修整,所得結果仍與實際節(jié)點位置有所偏差。此外,二維超聲振動系統(tǒng)中每個部件是按照振動理論單獨設計的,每個部件尺寸都受到半波長整數倍“束縛”,而每個零件又存在制造和材料的誤差,裝配后的二維超聲磨削組合系統(tǒng)共振問題成為影響其加工穩(wěn)定性的重要因素,因此建立新的變幅桿節(jié)點設計公式以及二維超聲磨削系統(tǒng)的共振模型對于推進超聲復合加工的實際應用顯得尤為重要。本文基于變幅桿縱振波動方程,在考慮固定件—法蘭盤外觀尺寸的前提下,建立了新的超聲變幅桿節(jié)點計算公式,并通過有限元仿真和振動特性實驗驗證該理論的可靠性,同時利用機械阻抗綜合法對二維超聲輔助磨削系統(tǒng)進行了共振分析。主要研究內容如下:首先,從超聲波振動理論出發(fā),在考慮法蘭盤壁厚和直徑的情況下,推導出變幅桿節(jié)點位置理論計算公式,在此公式的基礎上,利用有限元分析軟件,找出了法蘭盤的直徑和壁厚的最優(yōu)解;之后通過對比實驗和仿真驗證:相較于傳統(tǒng)的變幅桿設計理論,基于新的變幅桿節(jié)點計算公式所設計的變幅桿諧振頻率更接近于設計頻率,振動效果更好。其次,基于橢圓振動加工原理,將二維超聲磨削系統(tǒng)的設計分解為兩個相互垂直的一維磨削系統(tǒng)的設計,并進一步基于新的變幅桿節(jié)點計算公式設計了二維超聲振動系統(tǒng),分析了節(jié)點對二維超聲系統(tǒng)的影響,并對變幅桿和托板組成系統(tǒng)進行仿真分析,結果表明該聲學系統(tǒng)設計較為合理,為二維超聲磨削系統(tǒng)的實際應用提供一定的設計理論。最后,對二維超聲磨削振動系統(tǒng)進行簡化,利用機械阻抗綜合分析法,對二維超聲振動系統(tǒng)進行動力學研究和共振分析,建立了二維超聲振動組合系統(tǒng)模型,獲得了二維超聲振動系統(tǒng)固有頻率方程,從而使超聲磨削中聲學系統(tǒng)元件尺寸擺脫了半波長整數倍疊加的“束縛”。
【學位單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG663
【部分圖文】：

不同形式的二維超聲輔助磨削技術

超聲橢圓振動系統(tǒng)

超聲振動系統(tǒng)
【參考文獻】

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1 李井;丁艷紅;梁欣;;冪函數形復合變幅桿的設計與分析[J];機械設計與制造;2015年10期

2 張勤儉;曹建國;趙路明;;基于有限元方法的階梯形超聲變幅桿設計及優(yōu)化[J];應用基礎與工程科學學報;2015年S1期

3 王維鴿;賀西平;;超聲縱振動空心變幅桿的特性[J];陜西師范大學學報(自然科學版);2015年04期

4 許立;梁超;楊亮;施志輝;;超聲振動車削中復合變幅桿的設計與研究[J];機械設計與制造;2014年08期

5 蔡耀中;吳立群;楊賢龍;;解析法設計階梯型變幅桿可靠性研究[J];機械工程與自動化;2014年03期

6 潘巧生;劉永斌;賀良國;潘成亮;鄧知森;;一種大振幅超聲變幅桿設計[J];振動與沖擊;2014年09期

7 劉豆豆;賀西平;李家星;;變幅桿位移節(jié)點和應變極大位置的關系[J];陜西師范大學學報(自然科學版);2014年03期

8 唐軍;趙波;陳曦;;縱-扭同頻復合超聲振動變幅桿設計[J];陜西師范大學學報(自然科學版);2013年06期

9 甘露華;丁艷紅;張曉東;;高斯形復合變幅桿的有限元分析[J];制造業(yè)自動化;2013年18期

10 趙明利;程雪利;趙波;;帶工具頭超聲變幅桿節(jié)點定位偏差問題分析[J];聲學技術;2013年03期

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1 閆艷燕;納米復相陶瓷二維超聲振動輔助磨削機理及其表面質量研究[D];上海交通大學;2008年

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1 高峰;RB-SiC超聲輔助磨削及剩余強度研究[D];大連理工大學;2016年

2 左益平;縱扭與彎曲超聲變幅桿的設計研究[D];北方工業(yè)大學;2016年

3 陳匯資;非傳統(tǒng)超聲變幅桿設計與試驗分析[D];河南理工大學;2016年

4 郎獻軍;軸向超聲振動輔助磨削的磨削力建模研究[D];中南大學;2014年

5 蔡耀中;超聲微泡發(fā)生方法及裝置設計研究[D];杭州電子科技大學;2014年

6 張雄;單激勵二維超聲振動切削裝置設計及其性能的研究[D];河南理工大學;2012年

7 高艷霞;功率超聲諧振系統(tǒng)及其CAE技術研究[D];中北大學;2008年

8 高潔;超聲變幅桿的優(yōu)化設計及聲學特性分析[D];陜西師范大學;2006年

本文編號：2885669