基于ANSYS的超声拉丝二阶换能系统仿真研究.pdf

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1、第6期机械设计与制造，、瞥2011年6月MachineryDesign&Manufacture189^，信息技术1．r0i文章编号：1001—3997(2011)06—0189—03基于ANSYS的超声拉丝二阶换能系统仿真研究术张宏谢涛单小彪袁江波(哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001)Simulationonultrasonictransducerofsecondorderwire-drawingbasedonANSYSZHANGHong，XIETao，SHANXiao—biao，YUANJiang—b0(HarbinInstituteofTechnolog

2、y，SchoolofMechatronicsEngineering，Harbin150001，China)【摘要】为了研究变幅杆的不同变截面、变截面倾角对超声拉丝二阶换能系统动力学特性的影响关系，寻求合理的变截面杆组合参数和规律，根据四端网络法和有限元法综合设计了以圆锥型、指数型以及悬链线型为变幅杆上变截面的超声拉丝二阶换能系统。采用ANSYS软件建立其有限元模型，进行模态分析和谐响应分析，得到谐振频率、振幅和振幅沿着轴向距离的分布规律；并探究二阶变幅杆的三种不同变截面、各变截面倾角对换能系统谐振频率和振幅的影响。分析结果表明，圆锥型变幅杆的二阶换能系统具有最大的振幅和

3、振幅放大倍数。关键词：变幅杆；超声振动；拉丝；四端网络法【Abstract】／nordertostudythedynamicseffectofdifferentvariablecross-sectionandangleofincli-nationofamplitudetransformertothewire-drawingultrasonictransducer，andseekalogicalassemblepa-rameteranddiscipline，thesystemWasdesignedbasedonfourterminalnetworkmethodandfin

4、iteelementmethodwithcone，indexandcatenaryasthecross-sectionoftheamplitudetransformer，whichfiniteele-mentmodelisestablishedbyadoptingANSYStoanalyzemodalandharmonicresponse，thenresonancefrequency，amplitudeanddistributingrulesalongaxialdirectionareobtainedmeanwhiletheinfluenceofthreediffere

5、ntvariablecross-sectionofthetransformerandtheangleofinclinationofthesectiononreso-nantfrequencyandamplitudeofthesystemwereexplored，whichresultsshowthatthesecondordertrans—ducerwithconetransformerisprovidedwiththelargestamplitudeandamplitudemagnifcationfactor．Keywords：Transformer；Ultrason

6、icvibration；Srawing；Fourterminalnetwork中图分类号：TH122，TQ171．77+6．3文献标识码：A1引言2超声拉丝二阶换能器的设计超声拉拔加工是在常规的拉丝过程中叠加超声振动的一种2．1变截面细棒的一维纵振方程新型加工工艺，它可以解决在普通拉丝过程中具有的变形剧烈、变形力及摩擦力大、表面工艺质量差等缺点，具有降低拉拔力、改善表面质量、提高加工效率、降低断丝率等优点，有很大的应用前景和经济效益。而变幅杆是振幅放大的核心部件，在超声加工中，辐射面的振动幅度一般需要几十到几百微米_1]。这就要求必须合理的设计图1任意截面形状的均质细杆

7、Fig．1Arbitrarycrosssectionshapeofthehomogeneousrod超声变幅杆，使它的形状因数以及放大倍数尽可能大，才能将机械振动幅度放大到符合要求的范围。对于任意截面形状的均质细杆，如图1所示。长为，杆横截对于变幅杆的设计，国内外常用变幅杆截面面积的减小来面积为S(x)，X截面上的纵向位移为，则可得细杆纵向自由振达到振幅放大的作用圈，但是对于变截面的不同形状以及变截面倾角对振幅放大作用影响的研究很少。从变幅杆变截面曲线类型动的运动方程cILJs㈤+⋯菩⋯J)譬dt(1)和变截面杆始、末端连线形成的倾角两个