圆柱圆锥复合型变幅杆的有限元分析.pdf

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1、机械设计与制造第12期264MachineryDesign&Manufacture2013年l2月圆柱圆锥复合型变幅杆的有限元分析文4矗，车乙冈4(1．山西大学工程学院，山西太原030013；2．太原理工大学，山西太原030024)摘要：变幅杆是超声波加工中一个重要的组成部分，为了把变幅杆振幅放大和有效的把声能传递给负载，就需要对其进行动力学分析。但复合型变幅杆的截面变化复杂，传统的分析方法求解起来比较困难，甚至有些是无法求解的。通过采用有限元的分析方法，对复合型变幅杆进行模态分析找出在超声波发生器的激振频率范围内的共振频率。在此频率下对变幅杆输入端施加一个随时间按

2、正弦规律变化的振幅，进行谐响应分析得出在输出端的振幅，从而得到变幅杆的放大比。并可求解出变幅杆在承受随时间按正弦规律变化的轴向载荷时的稳态响应，保证了变幅杆可靠有效的工作，从而提高了超声波加工效率。关键词：超声波Jj~-r；有限元；变幅杆；稳态响应中图分类号：TH16；V261．92文献标识码：A文章编号：100l一3997(2013)12—0264—03FiniteElementAnalysisoftheCylinder-ConeAmplitudeTransformerLIUYao．YAGang(1．EngineeringCollege，ShanxiUnivers

3、ity，ShanxiTaiyuan030013，China；2．TaiyuanUniversityofTechnology，ShanxiTaiyuan030024，China)Abstract：Theamplitudetransformerisanimportantpartduringtheprocessoftheultrasonicmachining．Inordertoenlargetheamplitudeandtransfertheacousticenergytotheloadefficiently，itisnecessarytoadoptthedynamica

4、nalysis．Becausethesectionchangeofthecompositeamplitudetransformeriscomplex，it'SdifficulttosolveitbythetraditionaldesignmethodItanalyzesthecylinder-coneamplitudetransformerbythefiniteelementandgainstheresonantfrequencyundertherangeofultrasonicexcitationfrequencyinmodeanalysis．Theinputte

5、rminalofamplitudetransformerisappliedwiththeamplitudeaccordingtotheexperimentalsinerule．Harmonicresp0meanalysisfortheamplitudetransformerisconductedandtheamplitudeoftheoutputendoftheamplitudetransformerisobtained．Therefore，theamplifcationfactoroftheamplitudetransformeriscalculated．Fina

6、llytheefectiveworkoftheamplitudetransformerisguaranteedandthemachiningefwieneyoftheultrasonicmachiningisincreased．KeyWOrds：UltrasOIIicMachining；FiniteElement；AmplitudeTransformer；Steady-StateResponse1引言工零件的精度和加工效率，则变幅杆必须具有良好的动态特性[51。因此，需要对变幅杆进行动力学研究，其内容包括两个方面：固有超声变幅杆，又称超声变速杆或超声聚能器。在超声技

7、术振动特性分析和响应特性分析。所谓固有振动特性分析，是研究中，它的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，或者将在无阻尼自由振动的条件下，变幅杆的固有特征，即固有频率和超声能量集中在较小的面积上，即聚能作用。由于复合型变幅振动应力。响应分析是用于确定变幅杆在承受随时间按正弦规律杆的截面变化复杂，波动方程求解起来比较困难，甚至是无法求变化的轴向载荷时的稳态响应，目的是计算出变幅杆的动力响出解析解的。而有限元方法则是解决此方程的一种有效计算方法，它是以变分原理为基础、数字计算机为工具的有限单元法，是解决应，并得到响应位移和响应应力。对于响应分析，峰值响应发生在工程