功率超聲的核心部件為超聲振子,結(jié)構(gòu)上分為換能器和變幅桿兩部分。因其優(yōu)良的超聲振動(dòng)特性,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于加工、清洗和醫(yī)療等各個(gè)方面。在超聲加工應(yīng)用以及試驗(yàn)中,變幅桿前端外部負(fù)載變化、工具磨損等諸多因素會(huì)影響到整個(gè)超聲振子的諧振頻率,造成加工過(guò)程不穩(wěn)定,導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低甚至停止工作。本文從提升大功率超聲振子的性能和調(diào)整超聲振子諧振頻率方面展開(kāi)研究。為了設(shè)計(jì)出具有較大前后振速比以及有效機(jī)電耦合系數(shù)的壓電換能器,利用解析法對(duì)諧振頻率為35 kHz的換能器進(jìn)行設(shè)計(jì),并考慮材料以及尺寸兩個(gè)影響因素進(jìn)行尺寸優(yōu)化�？紤]前后端蓋材料對(duì)換能器振速比以及有效機(jī)電耦合系數(shù)的影響規(guī)律,選用不同材料的前后端蓋以利于能量的傳遞;滿(mǎn)足頻率方程的同時(shí)選用可以使兩者達(dá)到較高數(shù)值的尺寸;隨后對(duì)換能器前端所接變幅桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后利用ANSYS 17.0有限元分析軟件,通過(guò)仿真得到超聲振子的模態(tài)以及諧響應(yīng)結(jié)果,對(duì)軸向振幅和導(dǎo)納圖進(jìn)行分析,可得其頻率仿真值與設(shè)計(jì)值在誤差范圍內(nèi),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。其次,考慮負(fù)載效應(yīng),利用等效電路分析電感對(duì)超聲振子的影響,推導(dǎo)出相應(yīng)的頻率方程。根據(jù)頻率方程,計(jì)算出外接匹配電感時(shí),振子對(duì)應(yīng)的諧振頻率... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

超聲振子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

須仔細(xì)選擇材料類(lèi)型。的換能器為功率超聲加工中的大功率調(diào)諧換能器，因其不需要輕負(fù)載換能器。根據(jù)前后端蓋材料的選用原則，確定后端蓋選地相對(duì)柔軟的 2A12 鋁合金。細(xì)桿振動(dòng)方程及求解器的設(shè)計(jì)理論為：任意截面桿的振動(dòng)方程及其求解，以及其邊蓋均為截面均勻一致的柱體，但仍從變截面桿的分析開(kāi)始[56分析步驟，按照各個(gè)截面桿的面積函數(shù)求解換能器縱振的波動(dòng)界條件分析各級(jí)組件接觸面的應(yīng)力和振速的連續(xù)性，可推導(dǎo)出數(shù)的表達(dá)式。截面桿如圖 2.2 所示，其中對(duì)稱(chēng)軸為 軸，以?xún)山M件桿的接觸意位置桿的截面積函數(shù)用 S ( x )表示。

中北大學(xué)學(xué)位論文( )( )( cos sin)YS x vF x jZ A kx B kxj x = = cS為材料的特性聲阻抗， A和B 為待定系數(shù)。器振動(dòng)方程的求解知：壓電換能器的節(jié)面可以位于換能器的任意位置，在實(shí)際設(shè)計(jì)程求解是復(fù)雜的，通常將壓電晶堆的兩個(gè)斷面以及中間位置作為計(jì)算。能器的波動(dòng)方程，選定壓電陶瓷片后，尺寸隨之確定。在給定設(shè)計(jì)頻率的情況下出其余部分尺寸。本節(jié)主要分析半波長(zhǎng)的壓電換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，置時(shí)的頻率方程進(jìn)行求解。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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