正弦圆柱形复合变幅杆的设计及其动力学分析.pdf

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1、2015年9月机床与液压Sep.2015第43卷第17期MACHINETOOL3HYDRAULICSYol.43No.17DOI:10.3969/j.irnn.1001-3881.2015.17.014正弦圆柱形复合变幅杆的设计及其动力学分析孙涛，王时英(太原理工大学机械工程学院，山西太原030024)摘要：针对超声变幅杆的研究现状，基于一维纵向振动舰，提出了一种设计变幅杆的新方法。通过推导正弦形变幅杆的频率方程和放大倍数的计算公式，发现在变幅杆面积系数选定的前提下，改变正弦形母线的初相，可以得到形状以及放大倍数不同的变幅杆。在此基础上设计了一种小端带有圆柱杆的正弦形复合变

2、幅杆。理论推导与ANSYS动力学分析表明，选择合适的正弦段母线初相与长度，能够获得放大倍数与形状因数优于阶梯形的复合变幅杆。关键词！超声变幅杆；正弦形；放大倍数；初相中图分类号：TB559;O242.2文献标志码：A文章编号：匪-3881(2015)17-058-4DesignofUltrasonicHornComposedofSinusoidalandCylindricalTypeandItsDynamicalAnalysisSUNTao，WANGShiying(CollegeofMechanicalEngineering，TaiyuanUniversityofTechn

3、ology，TaiyuanShanxi030024,China)Abstract：Anewmethodfordesignultrasonichornwaspresentedtosolvetheexistingproblem，whichisone-dimensionallongitudinalvibration.Thefrequencyequationandformulaforcalculatingamplituderadioofsinusoidaltypeultrasonichornwerededuced，anditwasshowedthatultrasonichornsw

4、ithivariableshapesandamplituderadioscouldberingtheinitialphaseofsinusoidalgeneratrixwhenareacoefficientisinvariable.Thecompoundthenarrowendwasdesigned.Thetheoreticalderivation，anddynamicalcharacteristicsbasedonANSYSsoftware，indicatethatwhilechoosethereasonableinitialphaseandlengthofsinesec

5、tion，thecompoundhornhasmoreadvantageradioandformfactor.Keywords：Ultrasonichorn；Sinusoidaltype；Amplituderadio；Initialphase〇前言文献[4]和[5]基于ANSYS软件，设计了一种以超声变幅杆是超声加工装置中的重要组成部分。样条曲线为母线的变幅杆，其放大倍数大于阶梯形变其主要作用是把机械振动的质点位移放大。目前，较幅杆，然而，该文献没有进行相关的理论推导，不能为常用的变幅杆有：指数形、悬链形、圆锥形和阶梯直观地看出母线各个参数对于变幅杆性能的影响，不形变幅杆，

6、以及由两种或两种以上不同形状的杆组合利于变幅杆的优化设计。本文作者通过对正弦形变幅成的复合变幅杆。以上变幅杆中，阶梯形变幅杆的放杆的频率方程和放大倍数计算公式的推导，发现在不大倍数最大，但是由于它的截面突变引起的应力集中改变超声变幅杆大、小端直径的前提下，选择不同的导致了实际谐振频率比理论值要低很多，限制了它在正弦形母线的初相，能得到形状及放大倍数不同的变生产中的应用。尽管在阶梯形变幅杆的截面突变处采幅杆。而对于现有的每一种变幅杆，其大小端直径一取过渡段的方式可以降低应力集中，但这是以减小放经确定，变幅杆的放大倍数等性能参数就随之确定，大倍数为代价的。近年来，不少专家、学者

7、对其他形因此正弦型变幅杆能更加灵活地适应实际生产需求。状的变幅杆也进行了研究：文献[1]和[2]对余然而正弦形变幅杆的放大倍数不大，不适合作为单-弦形变幅杆进行了理论分析，并对该变幅杆及其组成的变幅杆使用，但其小端带有圆柱杆的复合变幅杆，的复合变幅杆进行了实验研究，得到了几种放大倍数通过优化正弦段母线的初相和长度，其放大倍数与形较大的复合杆；文献[3]设计了一种拋物线型变幅状因数大于阶梯形变幅杆。杆，其放大倍数与形状因数都比圆锥形变幅杆要好。1正弦形变幅杆不过，以上变幅杆的放大倍数均小于阶梯形变幅杆。如图1所示为正