超聲變幅桿優(yōu)化設(shè)計仿真及負(fù)載效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲加工是一種重要的特種加工方法，目前廣泛用于硬度高、脆性大等材料的加工過程中。超聲加工的核心部分是超聲振動系統(tǒng)，而變幅桿又是超聲振動系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)。變幅桿作為振幅擴(kuò)大裝置，主要作用是把能量集中，將機(jī)械振動的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大。因此超聲變幅桿設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到超聲加工的質(zhì)量。
　　 本論文通過兩條路徑展開對超聲加工的研究：
　　 一是研究超聲變幅桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。首先通過傳統(tǒng)的振動理論對各類變幅桿參數(shù)方程進(jìn)行推導(dǎo)，完

2、成理論分析.其次借助MATLAB軟件編程，通過計算編制幾類典型變幅桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)表，把握各變幅桿參數(shù)變化的規(guī)律，并以放大系數(shù)和形狀因素為關(guān)鍵參數(shù)對各類變幅桿的性能進(jìn)行比較。結(jié)果表明：1.各類變幅桿的放大系數(shù)均隨面積系數(shù)的增大而增大。其中指教桿和圓錐桿的放大系數(shù)比較接近，且都比較小，復(fù)合桿較前兩者有大幅提高，階梯桿由于存在截面突變，因此實(shí)際放大系數(shù)要比計算值小很多；2.在同樣面積系數(shù)的情況下，圓錐桿要達(dá)到共振所需要的諧振長度最長，指數(shù)桿次之

3、；3.圓錐桿和指數(shù)桿的最大振動速度要大于階梯桿和復(fù)合桿，并且隨著面積系數(shù)的增大而差距更加明顯。再次根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題的有限元法，推導(dǎo)基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題的超聲變幅桿有限元法解題思路，為進(jìn)一步展開有限元分析打好理論基礎(chǔ)。隨后運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對變幅桿進(jìn)行精確建模與分析，比較了變幅桿在不同的建模精確度條件下各項(xiàng)參數(shù)的異同。最后借助ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在材料許用應(yīng)力下對變幅桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，獲得了諧振比達(dá)12.35的新型