發(fā)布時(shí)間：2017-07-18 09:25

  本文關(guān)鍵詞：正弦形復(fù)合變幅桿的設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)分析

  更多相關(guān)文章： 變幅桿 正弦形 放大倍數(shù) 形狀因數(shù) 局部共振

【摘要】：隨著玻璃、陶瓷、石英、金剛石等各種高硬度、高脆性材料在諸多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，如何加工這些脆硬材料已經(jīng)成為亟需解決的難題。而超聲加工正是適合加工這些難加工材料的有效工藝，同時(shí)它還可以用于超聲清洗、粉碎等。 一般的超聲加工裝置主要由超聲發(fā)生器、換能器、傳振桿、變幅桿以及工具等幾部分組成。其中，變幅桿的主要作用就是使振動(dòng)位移放大或?qū)崿F(xiàn)聚能。在目前常用的變幅桿中，圓錐形、指數(shù)形和懸鏈線形變幅桿的放大倍數(shù)較小，加工效率低；盡管階梯形變幅桿的放大倍數(shù)較大，然而它的截面突變所造成的應(yīng)力集中導(dǎo)致其形狀因數(shù)較小使其應(yīng)用受到約束。因此，設(shè)計(jì)放大倍數(shù)和形狀因數(shù)等性能優(yōu)良的變幅桿是超聲加工的重要課題。 本文利用未知函數(shù)的齊次性變換法對(duì)一維縱向振動(dòng)波動(dòng)方程進(jìn)行了求解，推導(dǎo)出了正弦形變幅桿截面函數(shù)，通過(guò)解析法對(duì)正弦形變幅桿的頻率方程、放大倍數(shù)以及位移節(jié)點(diǎn)等計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)在面積系數(shù)N一定的情況下，通過(guò)改變初相ψ可以靈活地調(diào)整變幅桿的形狀以及放大倍數(shù)等性能參數(shù)。利用ANSYS軟件驗(yàn)證了理論的正確性，并計(jì)算出了正弦形桿的形狀因數(shù)。發(fā)現(xiàn)隨著增大初相，正弦形變幅桿的放大倍數(shù)隨之增大，而形狀因數(shù)也隨之減小，且其形狀和性能都逐漸逼近圓錐桿。由于正弦形桿的放大倍數(shù)較小，并不適合作為單一的變幅桿用于高效加工。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合一維縱向振動(dòng)理論和ANSYS軟件設(shè)計(jì)了兩種復(fù)合變幅桿：（1）小端帶有圓柱桿的正弦形復(fù)合變幅桿。對(duì)于這種變幅桿，選擇合適的正弦段母線初相與長(zhǎng)度，能夠獲得放大倍數(shù)和形狀因數(shù)優(yōu)于階梯形的桿件；（2）帶有初相ψ=90°正弦過(guò)渡段的階梯形變幅桿。對(duì)于粗細(xì)段長(zhǎng)度、直徑均相同的階梯形桿，采用初相ψ=90°正弦段來(lái)過(guò)渡，其工作應(yīng)力要小于圓錐過(guò)渡的方式。 最后，，以初相ψ=90°正弦形桿件為例，分析了工具頭對(duì)變幅桿的工作頻率以及放大能力的影響。對(duì)上述的振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到如下結(jié)論：（1）工具頭并不是單純的作為變幅桿的負(fù)載，剛性地傳遞變幅桿輸出端的位移，而是繼續(xù)傳遞聲波，能進(jìn)一步放大變幅桿輸出端的位移；（2）振動(dòng)系統(tǒng)做縱向振動(dòng)時(shí)的固有頻率與變幅桿、工具頭自身的固有頻率非常接近。特別是激振頻率等于工具頭的固有頻率時(shí)，就將出現(xiàn)“局部共振”現(xiàn)象。然而通過(guò)建立力學(xué)模型對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)系統(tǒng)不論在哪個(gè)固有頻率下振動(dòng)，都是在做全諧振；（3）工具頭的直徑和長(zhǎng)度對(duì)于系統(tǒng)的諧振頻率和放大作用有很大的影響。
【關(guān)鍵詞】：變幅桿 正弦形 放大倍數(shù) 形狀因數(shù) 局部共振
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG663
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 變幅桿簡(jiǎn)介11-13
• 1.2.1 變幅桿的性能參量11-12
• 1.2.2 變幅桿的設(shè)計(jì)方法12-13
• 1.2.3 常見(jiàn)的變幅桿13
• 1.3 變幅桿的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 變幅桿的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 工具頭對(duì)變幅桿振動(dòng)特性影響的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 課題的研究意義17
• 1.5 本論文的主要研究?jī)?nèi)容17-20
• 第2章 正弦形變幅桿的設(shè)計(jì)理論20-32
• 2.1 變截面桿縱振動(dòng)的波動(dòng)方程20-21
• 2.2 正弦形變幅桿的理論設(shè)計(jì)21-25
• 2.2.1 正弦形變幅桿截面函數(shù)的理論推導(dǎo)21-22
• 2.2.2 正弦形變幅桿性能參量的理論推導(dǎo)22-25
• 2.3 設(shè)計(jì)實(shí)例25-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 正弦-圓柱復(fù)合變幅桿的設(shè)計(jì)理論32-40
• 3.1 復(fù)合變幅桿的理論推導(dǎo)32-34
• 3.2 設(shè)計(jì)實(shí)例34-37
• 3.3 本章小結(jié)37-40
• 第4章 正弦過(guò)渡段對(duì)階梯形變幅桿性能的影響40-48
• 4.1 帶正弦過(guò)渡段階梯形桿的理論推導(dǎo)40-43
• 4.2 設(shè)計(jì)實(shí)例43-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 工具頭對(duì)正弦形變幅桿振動(dòng)特性的影響48-62
• 5.1 振動(dòng)系統(tǒng)的建立48
• 5.2 振動(dòng)系統(tǒng)的有限元仿真與振動(dòng)特性分析48-52
• 5.3 對(duì)振動(dòng)特性的理論解釋52-56
• 5.4 工具頭的尺寸參數(shù)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的影響56-61
• 5.4.1 工具頭的尺寸參數(shù)對(duì)系統(tǒng)諧振頻率的影響57-59
• 5.4.2 工具頭的尺寸參數(shù)對(duì)系統(tǒng)放大倍數(shù)的影響59-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論與展望62-66
• 6.1 結(jié)論62-64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 附錄70-74
• 附錄1 正弦形變幅桿諧振長(zhǎng)度與放大倍數(shù)的 MATLAB 求解程序70-71
• 附錄2 正弦形變幅桿的位移分布曲線 MATLAB 求解程序71-72
• 附錄3 復(fù)合變幅桿諧振長(zhǎng)度與放大倍數(shù)的 MATLAB 求解程序72-74
• 致謝74-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：557062