基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子调谐研究

为减小超声波振子外接负载时其谐振频率漂移的幅度,使用机电等效电路法和COMSOL Multiphysics5.3有限元仿真软件设计制造了一种基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子。对该超声波振子的谐振频率进行有限元仿真和现场测试。以超声清洗机为例,搭建与其原理相似的试验装置,以不同液面高度的水作为变幅杆的外接负载,探究在不同外接负载情况下,调节连接在变幅杆处压电晶堆的调谐电感对解决超声波振子谐振频率漂移问题的有效性。试验结果表明:随着水杯中液面高度的增加,超声波振子的谐振频率整体呈上升趋势;通过在变幅杆的压电晶堆处外接调谐电感,超声波振子的谐振频率会得到一定的补偿,可重新回归到原始设定的谐振频率值附近。研究表明在使用超声波振子进行超声辅助加工时,该超声波振子对减小外接负载引起的谐振频率漂移幅度具有一定作用。研究结果可为超声波振子的调谐提供新思路和新方法。

阶梯型变幅杆圆弧过渡动力学分析

阶梯型变幅杆由于加工简单,易修正,放大比大等优点,应用较广,然而由于大小端过渡处的应力、位移分布比较复杂,从而导致谐振频率小于理论频率,一直制约着其在实际生产中的运用。本文通过Ansys有限元分析软件对阶梯形变幅杆大小端突变处添加不同的过渡圆弧,综合比较、分析不同圆弧下阶梯型变幅杆的共振频率,放大比和应力分布状况,从而从中找出不同阶梯形变幅杆对应的最佳过渡圆弧,为阶梯型变幅杆的后续研究和具体设计提供了一定的理论依据。

阶梯型变幅杆弯曲振动频率的计算及分析

为准确计算阶梯型变幅杆的弯曲振动频率,分别用单独考虑转动惯量或剪切变形影响的Euler-Bernoulli理论,和同时考虑转动惯量和剪切变形影响的Timoshenko理论,解析计算了其弯曲振动频率,进一步利用有限元方法数值计算了相同变幅杆的弯振频率。将不同的理论计算值与实验测试值进行比较,得到相应误差。结果表明:当阶梯杆的长度和大端面直径比小于5时,相对于另外两种方法 Timoshenko理论计算结果的误差最小。

用于功率超声磨削声学系统的阶梯型变幅杆节点位置研究

通过理论推导及有限元仿真模拟,分析找出了阶梯型变幅杆节点实际位置与传统理论位置的差别,同时分析指出超声波在变幅杆中传播时将引起材料的横向变形,泊松比的存在使纵向弹性变形会引起材料的横向变形。分析了阶梯型变幅杆振动特性,指出节点向细端移动可以减小节盘的振动。通过阶梯型变幅杆节点位置实验,验证了以上分析结论。

解析法设计阶梯型变幅杆可靠性研究

通过有限元法验证了阶梯型变幅杆解析法设计的可靠性。首先利用传统解析法设计了一种常用阶梯型变幅杆,然后通过有限元分析软件AMSYS Workbench 12.1进行了模态分析和谐响应分析,把仿真得到的变幅杆固有频率、小端面的振动位移以及变幅杆的应力值和解析法设计值进行比较,验证了解析法的可靠性。

阶梯形变幅杆数值设计研究

根据一维波动理论设计的阶梯形变幅杆,其性能参数与实测值偏差较大,后续修整工作量大。将有限元分析与理论设计相结合,研究了阶梯形变幅杆结构参数值的变化对谐振频率、放大系数和位移节点的影响规律,给出了大/小端长度与谐振频率之间的函数关系,以便于变幅杆的修整工作。研究结果表明,阶梯形变幅杆在有约束和无约束状态下的性能参数差异较大,修整时需要适当地增长大端长度,缩短小端长度,且增长量略大于减小量。该研究思路可为其他变幅杆的设计提供参考。

阶梯型变幅器的动力学特性研究

根据阶梯型变幅杆位移分布方程和环盘的弯曲方程、边界条件以及力耦合条件,推导出了由非谐振环盘和阶梯型变幅杆组成的变幅器的频率方程,并据此设计出变幅器;最后,由有限元软件分析、阻抗分析仪分析以及实验验证,证明这种设计方法与实验结果比较接近,是一种有效的变幅器设计方法。

面向岩石取样过程的超声纵扭变幅杆设计

针对超声岩石取样加工过程需要不同比例纵扭振动输出需求,设计一种具有斜槽结构的纵扭复合阶梯型超声变幅杆。根据超声变幅杆的纵扭复合振动机理,利用有限元法分析确定可产生扭转振动的带斜槽阶梯型变幅杆基本结构,研究斜槽结构参数变化对超声变幅杆输出纵振振幅与扭转振幅比值的影响规律。研究结果表明,在阶梯型变幅杆上合理设定斜槽的位置和结构参数可实现不同比例的纵扭振动输出,满足不同材质超声岩石取样加工需求。

铝合金超声波铸造用变幅杆的设计与研究

应用ANSYS有限元分析软件对材料特性和母线形状参数对变幅杆主要性能的影响进行了分析,并结合铝合金铸造的特点,设计了一种适应于铝合金铸造用的全波长双阶梯形级联变幅杆。应用该软件对变幅杆进行模态分析,并对加工出来的双阶梯形变幅杆进行了相关试验。结果表明,采用该方法设计的变幅杆,试验所得性能参数值与仿真值达到一致。实际生产表明,该双阶梯型变幅杆各项参数都达到了设计要求,且具有耐腐蚀、抗疲劳,强稳定性等特点。

3WX-400型悬挂式喷杆喷雾机

该机是一种采用30马力以上轮式拖拉机悬挂的实用新型喷杆喷雾机新产品，使用灵活、操作简单，适用于各种旱田农作物的病虫害防治、喷洒叶面肥料和除草剂。喷雾机管路采用不锈钢等特殊材料，耐腐蚀性能优异；液泵采用双缸隔膜泵，工作压力稳定，喷雾均匀。喷杆高度可调，分配阀布置利于拖拉机驾驶员操作。

3WX-400型悬挂式喷杆喷雾机

3WX-400型悬挂式喷杆喷雾机是一种采用30马力以上轮式拖拉机悬挂的实用新型喷杆喷雾机新产品。该喷雾机使用灵活、操作简单，适用于各种旱田农作物的病虫害防治、喷洒叶面肥料和除草剂。喷雾机管路采用不锈钢等特殊材料，耐腐蚀性能优异；液泵采用双缸隔膜泵，工作压力稳定，喷雾均匀。喷杆高度可调，分配阀布置利于拖拉机驾驶员操作。

一种压电换能器直接驱动钻具的超声波钻探器

为满足深空探测任务中,空间环境苛刻的外星体表面岩石钻取采样任务的使用需求,本文设计了一种基于压电驱动原理,可搭载在漫游车机械臂末端的超声波钻探器。超声波钻探器的压电换能器直接与钻具发生冲击碰撞,以驱动钻具作高频冲击运动,达到冲击破碎岩石的目的。设计了钻探器的压电驱动单元,并理论分析了压电换能器变幅杆与钻具的冲击碰撞过程。通过实验研究了超声波钻探器对砂岩的钻进性能及钻压力与钻具长度对钻探器钻进性能的影响。实验结果表明:所研制的超声波钻探器可对砂岩进行有效钻进,而且所需的钻压力较小,可用于彗星、小行星等弱引力场的地外天体表面岩石的钻取采样。

超声声流作用在激光沉积修复中的应用

通过物理实验、ANSYS有限元数值模拟和试验相结合,研究了超声波在BT20钛合金熔池中的传播作用机理,设计阶梯型变幅杆,并将之用于激光沉积修复过程中。物理实验结果表明,声流效应在BT20钛合金熔池中占据主导地位。模拟结果表明,阶梯型变幅杆的设计可以最大化的扩大振幅且振幅分布较为均匀,做成可拆卸的变幅杆可以在满足试验条件的基础上增加试验的灵活性。将超声作用在熔池内部,可以加快冷却速度,缩短凝固时间,使沉积层中的α片层组织变短,可使沉积修复区域硬度提高。