超聲振動系統(tǒng)的設(shè)計與性能參數(shù)的計算.pdf

1、超聲振動系統(tǒng)一般由換能器、變幅桿和工具頭等部分組成，是功率超聲設(shè)備的核心。經(jīng)典的設(shè)計方法是在同一工作頻率下，按一維振動理論分別推導(dǎo)出換能器和變幅桿的頻率方程，確定各組件的尺寸，再求解它的應(yīng)力、位移分布及前后振速比(放大系數(shù))等性能參數(shù)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或形狀變化較為復(fù)雜時，推導(dǎo)頻率方程和性能參數(shù)表達(dá)式的過程非常繁瑣，計算工作量很大；改變某一組件的材料或幾何尺寸時，計算它對系統(tǒng)整體性能參數(shù)影響的過程也很麻煩。 其它的設(shè)計方法，如有限元法

2、、等效電路法、替代法、表觀彈性法等，都有各自的優(yōu)點和不足。例如有限元法設(shè)計和分析超聲振動系統(tǒng)不需要任何簡化假設(shè)，但要按照某種原則對系統(tǒng)進(jìn)行建模，比較麻煩；等效電路法處理的對象是集中參數(shù)系統(tǒng)，只能得出振動系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)時的部分性能參數(shù)，并且是以解析表達(dá)式的形式給出，無法確切知道系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)力及位移分布。 四端網(wǎng)絡(luò)法的優(yōu)點就在于能夠?qū)⒚糠N形狀超聲振動組件的網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)編制成子程序，按照組成系統(tǒng)的順序調(diào)用，最終形成一個通用的計算程序

3、。只要輸入各級組件的材料參數(shù)和幾何參數(shù)，就能計算出任意多級組件組成的振動系統(tǒng)的放大系數(shù)、位移節(jié)點、形狀因數(shù)、繪出應(yīng)力及位移分布。對于有源振動系統(tǒng)還能計算其輸入導(dǎo)納響應(yīng)、電壓及電流傳輸函數(shù)、繪出導(dǎo)納圓。某種組件的材料或幾何尺寸改變時，通過比較兩種情況下的計算結(jié)果，就能定量的反映這種改變對性能參數(shù)的影響。 論文主要有以下幾個方面的內(nèi)容： 1．推導(dǎo)常用超聲振動組件的機電等效網(wǎng)絡(luò)(包括實心組件和空心組件)及對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)。

4、 2．在分析計算變幅桿性能參數(shù)的共性的基礎(chǔ)上研究了一種算法，能夠快速計算任意多級組件組成的復(fù)合變幅桿的放大系數(shù)、形狀因數(shù)、位移節(jié)點、輸入阻抗等性能參數(shù)，繪出應(yīng)力及位移分布。 3．研究變幅桿的負(fù)載特性，主要分析了負(fù)載對諧振頻率、放大系數(shù)、位移節(jié)點及形狀因數(shù)的影響。 4．研究任意多級組件組成的超聲振動系統(tǒng)性能參數(shù)的計算方法。結(jié)合變幅桿性能參數(shù)的計算方法設(shè)計了一種算法，不但能夠計算振動系統(tǒng)的機械性能參數(shù)，繪出應(yīng)力及位移分