超声研磨用纵向压电振动系统的研究

发布时间：2023-12-09 08:30

　　随着硬脆性难加工材料的应用领域越来越广泛,诸如蓝宝石、单晶硅等自然界中硬度较高的材料,传统研磨抛光技术已不能满足对其表面研磨加工质量的要求。压电超声换能器是压电超声振动加工技术的核心,它的工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应实现电能和机械能之间的相互转换,也是决定超声振动系统性能的关键因素。其结构简单且制作方便、机电耦合系数及机电转换效率高等优点被广泛应用于超声清洗、超声探测、超声辅助加工等领域。因此,本文提出将压电超声振动施加于传统研磨抛光加工上,设计了一种纵向谐振压电超声系统,为进一步的提高硬脆性材料的研磨抛光效率和表面质量。本文的研究工作可分为以下几个部分:(1)介绍了超声加工的特点及应用。介绍了压电超声研磨抛光技术的应用背景和特点,并概括了国内外在压电超声振动系统方面的发展状况。介绍了压电材料的基本特性以及它的使用注意事项;对压电方程和振动模态进行了分析。(2)基于超声振动方程和谐振设计理论,对纵向谐振压电超声系统各个部分进行了结构设计和材料选型。以纵向谐振压电超声系统为研究对象,建立了其机电耦合环节的数学模型,研究了系统的机电耦合特性,主要分析了纵向谐振压电超声系统的振动频率方...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 超声加工技术与应用
    1.3 压电超声振动研磨抛光技术的研究状况
        1.3.1 压电超声辅助研磨抛光技术
        1.3.2 压电超声辅助研磨抛光技术的应用
        1.3.3 压电超声振动系统的研究现状
    1.4 论文的主要研究内容
第二章 压电材料基本特性及压电振动
    2.1 压电材料的基本特性
        2.1.1 压电材料的物理特性
        2.1.2 压电陶瓷的性能参数
        2.1.3 机电耦合系数与品质因数讨论
    2.2 压电振动
        2.2.1 压电方程
        2.2.2 压电振子的振动模式
        2.2.3 压电陶瓷的分类及应用
    2.3 本章小结
第三章 压电超声振动系统的设计与分析
    3.1 压电换能器的类型选择
    3.2 压电换能器的设计
        3.2.1 换能器材料选择
        3.2.2 换能器设计理论分析
        3.2.3 换能器尺寸确定
    3.3 变幅杆的设计与分析
        3.3.1 变截面变幅杆
        3.3.2 阶梯形变幅杆理论分析设计
    3.4 压电超声振动系统的机电特性分析
        3.4.1 静态电容和机电转化系数
        3.4.2 压电超声振动系统的动态刚度
    3.5 本章小结
第四章 压电超声振动系统的有限元分析与优化
    4.1 有限元分析
        4.1.1 有限元法
        4.1.2 模态分析
    4.2 变幅杆的有限元分析与优化
        4.2.1 阶梯形变幅杆的模态分析
        4.2.2 阶梯形变幅杆的优化
    4.3 压电超声振动系统的有限元分析
        4.3.1 压电超声振动系统的模态分析
        4.3.2 压电超声振动系统的谐响应分析
    4.4 本章小结
第五章 压电超声振动系统的阻抗和振幅特性测试
    5.1 阻抗特性测试
        5.1.1 阻抗测试原理
        5.1.2 阻抗测试结果分析
    5.2 振幅测试试验
        5.2.1 测试系统的组成
        5.2.2 振幅测量原理
        5.2.3 测量结果分析
        5.2.4 阻抗特性与振幅对超声研磨的影响讨论
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新性
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3871210