纵扭复合型超声换能器的设计研究

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1、托知姆‘‘■■“、‘、（‘’‘‘硕士研究生学位论文“；，‘‘‘■；“；，‘■、、‘‘■、》、‘■為、，：、、、“‘纵杻复合型超声换能器的设计研究‘—⋯，，？：：二、乂“广‘，‘‘、‘、气、‘‘、学生姓名；闰东、‘彳》、，学’号■：—；—‘“‘■学科、专业■机械：！：程：，：研究方向旋超声加工技术研究、‘丨’、‘、、一‘‘■‘■、导’师一张向：慧‘；‘‘、二棱并师：‘■；‘：‘：，二：一、北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己

2、经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：叉匀夂年月日学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。□保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定

3、为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：日期：年各导师签名：北方工业大学硕士学位论文纵扭复合型超声换能器的设计研宄摘要在生物医疗、国防科技、航空技术等各种行业中，经常会面对一些对硬脆型材料如陶瓷、玻璃和氧化铝的加工以及一些薄壁零件、小径深孔零件和细长易弯曲杆状零件的加工等状况，如果采用现有机械加工技术或是加工精度不高，或是难以加工，或是根本不能加工，甚至使用普通的超声加工方法如超声纵振、扭转或者弯曲振动的加工工艺也不能达到所需要的精度。因而研宄新型、高效的加工方法的意义性和重要性

4、是不言而喻的。近期，人们纷纷把目光转向了纵扭复合型超声换能器的研制，主要是一方面它可以充分利用运动过程中的间隙实现热量的散发，减少了切削时的热量对相关材料和刀具所造成的影响；另一方面它还能实现磨削和车削的效果，减弱甚至消除切削过程中产生的轨迹或者痕迹，大大降低表面加工所造成的细微裂纹或者表面碎裂现象，从而提高表面的加工精度。因而，纵扭复合型超声振动切削己经成为世界公认取得高尺寸精度、高表面加工质量和高工作效率的新型加工方式。本文就是在此背景下，根据一维纵振理论和能量传递原理，设计了一种既能产生纵向位移又能产生扭转位移的复合型振动超声换能器。主要是在分析了螺旋槽对纵扭复合型超声

5、换能器的影响之后设计了一个在前端盖加工有导程为的三头均布式螺旋槽结构的换能器，同时利用对所设计的纵扭复合型超声换能器进行了模态分析，提取了各阶振动模态，得到了纵扭共振频率为并利用的谐响应分析采集了在该共振频率下的振幅数据，从而通过仿真分析验证了结构设计的合理性。进一步利用山东海特系列具有四轴联动功能的数控铣床对所设计的结构进行了加工制造，并对各部分零件精密组装后运用型的超声波发生器振动控制系统对换能器进行激励，测得实际的纵扭共振频率为与理论设计目标值相差与仿真分析值相差。表明了结构设计是非常合理的。同时利用基恩士公司的型号具有双通道同时检测功能的激光振动分析仪分别测量了在、、

6、和四种不同功率下纵扭复合型换能器的纵向振幅和扭转振幅，分析了所设计的纵扭复合型超声换能器的工作特性，同时也验证了所设计的结构能够同时产生纵向振动和扭转振动，达到了设计要求。关键词：纵扭复合型，螺旋槽，超声换能器，模拟仿真北方工业大学硕士学位论文，，，，北方工业大学硕士学位论文，，，，北方工业大学硕士卞位论文目录绪论纵扭复合型超声换能器的概述国内外研宄现状本文的主要工作纵扭复合型换能器的设计纵扭复合型超声换能器的结构概述纵扭复合型超声换能器的扭振原理纵扭复合型超声换能器的结构设计理论任意截面处的一维纵向振动方程截面为指数形和圆柱形时的频率方程纵扭复合型超声换能器的结构设计本章小

7、结螺旋槽的结构对换能器的影响单螺旋结构对换能器的影响分析双螺旋结构对换能器的影响分析三螺旋结构对换能器的影响分析螺旋槽结构对纵扭共振频率的影响螺旋槽结构对纵扭共振相对振幅的影响本章小结纵扭复合型超声换能器结构的有限元仿真分析压电分析介绍介电系数矩阵概述介质损耗概述弹性矩阵概述压电矩阵概述数据转换压电稱合结构的分析求解模态分析：模态分析结果处理谐响应分析求解纵扭复合换能器的结构优化仿真分析仿真分析优化前后结构分析北方工业大学硕士学位论文本章小结纵扭复合型超声换能器加工及实验研宄纵扭复合型超声换能器数控加工