• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    超聲變幅桿的理論設(shè)計(jì)與ANSYS仿真分析

    2016-09-19 03:22:08山西中北大學(xué)山西省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常小龍
    河北農(nóng)機(jī) 2016年3期
    關(guān)鍵詞:變幅換能器振幅

    山西中北大學(xué)山西省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  常小龍

    超聲變幅桿的理論設(shè)計(jì)與ANSYS仿真分析

    山西中北大學(xué)山西省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常小龍

    本文以超聲波的傳播原理為理論基礎(chǔ),根據(jù)牛頓定律得到變截面桿縱振動(dòng)的波動(dòng)方程。并由此計(jì)算了圓錐階梯型復(fù)合超聲變幅桿的尺寸,并用ANSYS軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析,驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的合理性。

    超聲變幅桿 ;ANSYS模態(tài)分析;諧響應(yīng)分析

    在超聲波加工中,變幅桿作為一個(gè)重要的部分,主要起兩個(gè)作用,即把放大振幅和超聲振動(dòng)傳遞給負(fù)載[1]。超聲波引起變幅桿內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)按正弦規(guī)律沿超聲的傳遞方向在原地做往復(fù)振動(dòng),并傳導(dǎo)到工具端面,使工具端面做超聲頻振動(dòng)[2]。

    1 超聲加工的原理

    由超聲波發(fā)生器將220V或380V的交流電轉(zhuǎn)換成有一定功率輸出的超聲頻電震蕩信號(hào)傳遞給換能器,再由換能器將高頻震蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)后傳遞給變幅桿,經(jīng)變幅桿將振幅放大后(0.05~0.1mm)傳遞到工具頭,利用工具頭在有磨料的液體介質(zhì)中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來(lái)去除材料[3]。

    2 變幅桿的設(shè)計(jì)

    2.1理論設(shè)計(jì)

    超聲換能器壓電陶瓷在電場(chǎng)的作用下的伸縮為0.005~0.01mm,加工中要求工件或者刀具的振幅必須達(dá)到0.01~0.02mm[4],必須對(duì)振幅進(jìn)行擴(kuò)大,因此變幅桿的設(shè)計(jì)成為實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵,通過(guò)比較不同截面形狀變幅桿縱向振動(dòng)的固有頻率和理論頻率,試驗(yàn)需要有較大放大系數(shù)且穩(wěn)定性好的變幅桿,考慮設(shè)計(jì)圓錐階梯式的復(fù)合變幅桿。

    其中:S=S(x)為桿的橫截面積函數(shù);ε=ε(x)為質(zhì)點(diǎn)位移;k=k為圓波數(shù),ω為圓頻率為縱波在細(xì)棒中的傳播速度,ρ為桿材料的密度,E為楊氏模量。

    其中:R1、R2分別為復(fù)合變幅桿的大、小端半徑;L為變幅桿總長(zhǎng)度。

    放大系數(shù)為:

    其中:A1、A3分別為大小端的振幅;L1、L2、L3分別為復(fù)合變幅桿三段的長(zhǎng)度。

    R1的尺寸與選擇的換能器尺寸相同,對(duì)于選定的換能器,其為確定值;R2是變幅桿的端部尺寸,由所需的振動(dòng)振幅確定;通常復(fù)合變幅桿首先確定兩端L、L的尺寸,取,L的變化122對(duì)放大系數(shù)和縱振頻率影響很大,一般取值在50mm以內(nèi)[5],本設(shè)計(jì)取L2=30mm。

    在變幅桿內(nèi)部開(kāi)D=10mm、L為桿長(zhǎng)的通孔,用于安裝換能器和工件。

    材料選取45鋼,疲勞強(qiáng)度高且易加工,性能參數(shù)如表1所示。根據(jù)以上公式及分析,可以得到圓錐階梯型復(fù)合變幅桿的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

    2.2變幅桿模態(tài)分析

    將工具頭和變幅桿做整體分析,忽略兩端螺紋孔的影響。在ANSYS中建立的三維模型,采用SOLID單元Block Lanczos法計(jì)算,通過(guò)提取10階模態(tài),頻率范圍為18~25kHz,得到如圖1所示結(jié)果。

    圖1 模態(tài)分析結(jié)果

    *國(guó)家自然科學(xué)基金(51275490)

    表1 變幅桿材料特性

    表2 變幅桿的設(shè)計(jì)參數(shù)

    圖3 五階模態(tài)分析X方向位移圖

    通過(guò)圖2和圖3所示結(jié)果分析,可以看出當(dāng)共振頻率為20080Hz時(shí),變幅桿在法蘭盤(pán)處的位移最小,而在小端面處的位移振幅最大,五階振動(dòng)模態(tài)為超聲電火花加工所需的縱向振動(dòng),其仿真結(jié)果與理論設(shè)計(jì)頻率基本吻合,從而驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)變幅桿尺寸的合理性。

    2.3變幅桿諧響應(yīng)分析

    圖4 變幅桿總位移云圖

    圖5 變幅桿X方向位移云圖

    圖6 變幅桿壓力云圖

    采用full法及Sparse slover求解器,掃描范圍為18~23kHz,子步數(shù)為20,在變幅桿大端為5μm,由圖4、5可知,在20075Hz的激勵(lì)下,X方向的位移和總的位移分別從大端到小端逐漸增大,但是在法蘭盤(pán)處達(dá)到最小。圖6可以看出圓錐形和小端階梯型過(guò)渡處應(yīng)力達(dá)到最大,而在法蘭盤(pán)處應(yīng)力最小,與理論設(shè)計(jì)相符合,滿足試驗(yàn)要求。

    3 結(jié)論

    變幅桿具有傳遞能量與放大振幅的作用,是超聲振動(dòng)加工中的一個(gè)重要零件。本文通對(duì)超聲變幅桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行了如下研究:

    (1)從變截面桿縱振動(dòng)的波動(dòng)方程出發(fā),計(jì)算了變幅桿的共振頻率、共振長(zhǎng)度、放大系數(shù)、節(jié)點(diǎn)位置等參數(shù);

    (2)采用ANSYS軟件對(duì)超聲變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析,得到了變幅桿的諧振頻率、放大系數(shù)、節(jié)點(diǎn)位置等。

    由研究結(jié)果得出,ANSYS與理論分析結(jié)果較吻合,對(duì)工程實(shí)際中變幅桿的理論分析與設(shè)計(jì)具有較高的參考價(jià)值。

    [1]曹鳳國(guó).超聲加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

    [2]倪振華.振動(dòng)理論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1989:23-42.

    [3]張向慧,錢(qián)樺.1/2波長(zhǎng)復(fù)合變幅桿的有限元分析[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2010,34(1):99-102.

    猜你喜歡
    變幅換能器振幅
    基于超聲振動(dòng)加工變幅桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)
    大端接圓柱桿的復(fù)合圓錐形變幅桿設(shè)計(jì)及應(yīng)用
    一種推挽式驅(qū)動(dòng)Ⅶ型彎張換能器的探討
    IV型彎張換能器輻射阻抗的等效球模型計(jì)算
    雙排斜槽縱-扭復(fù)合振動(dòng)變幅桿仿真設(shè)計(jì)
    十大漲跌幅、換手、振幅、資金流向
    十大漲跌幅、換手、振幅、資金流向
    十大漲跌幅、換手、振幅、資金流向
    滬市十大振幅
    超磁致伸縮復(fù)合棒換能器研究
    重庆市| 平原县| 汨罗市| 原平市| 高雄县| 台江县| 四子王旗| 瑞金市| 宝清县| 商水县| 泽普县| 彰化县| 乌鲁木齐县| 永嘉县| 明水县| 崇明县| 法库县| 汾阳市| 吴忠市| 正安县| 乐山市| 大冶市| 安陆市| 吉木萨尔县| 大英县| 大宁县| 曲麻莱县| 万源市| 深泽县| 阳东县| 华容县| 牟定县| 莱西市| 石嘴山市| 邹平县| 白城市| 韶关市| 丹江口市| 文成县| 湖南省| 金坛市|