大功率带负载纵向振动调谐超声振子的设计
发布时间：2021-09-24 10:08
功率超声的核心部件为超声振子,结构上分为换能器和变幅杆两部分。因其优良的超声振动特性,现已被广泛应用于加工、清洗和医疗等各个方面。在超声加工应用以及试验中,变幅杆前端外部负载变化、工具磨损等诸多因素会影响到整个超声振子的谐振频率,造成加工过程不稳定,导致生产效率降低甚至停止工作。本文从提升大功率超声振子的性能和调整超声振子谐振频率方面展开研究。为了设计出具有较大前后振速比以及有效机电耦合系数的压电换能器,利用解析法对谐振频率为35 kHz的换能器进行设计,并考虑材料以及尺寸两个影响因素进行尺寸优化。考虑前后端盖材料对换能器振速比以及有效机电耦合系数的影响规律,选用不同材料的前后端盖以利于能量的传递;满足频率方程的同时选用可以使两者达到较高数值的尺寸;随后对换能器前端所接变幅杆进行设计。最后利用ANSYS 17.0有限元分析软件,通过仿真得到超声振子的模态以及谐响应结果,对轴向振幅和导纳图进行分析,可得其频率仿真值与设计值在误差范围内,验证了设计的可行性。其次,考虑负载效应,利用等效电路分析电感对超声振子的影响,推导出相应的频率方程。根据频率方程,计算出外接匹配电感时,振子对应的谐振频率...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振子结构简图
须仔细选择材料类型。的换能器为功率超声加工中的大功率调谐换能器，因其不需要轻负载换能器。根据前后端盖材料的选用原则，确定后端盖选地相对柔软的 2A12 铝合金。细杆振动方程及求解器的设计理论为：任意截面杆的振动方程及其求解，以及其边盖均为截面均匀一致的柱体，但仍从变截面杆的分析开始[56分析步骤，按照各个截面杆的面积函数求解换能器纵振的波动界条件分析各级组件接触面的应力和振速的连续性，可推导出数的表达式。截面杆如图 2.2 所示，其中对称轴为 轴，以两组件杆的接触意位置杆的截面积函数用 S ( x )表示。
中北大学学位论文( )( )( cos sin)YS x vF x jZ A kx B kxj x = = cS为材料的特性声阻抗， A和B 为待定系数。器振动方程的求解知：压电换能器的节面可以位于换能器的任意位置，在实际设计程求解是复杂的，通常将压电晶堆的两个断面以及中间位置作为计算。能器的波动方程，选定压电陶瓷片后，尺寸随之确定。在给定设计频率的情况下出其余部分尺寸。本节主要分析半波长的压电换能器结构设计，置时的频率方程进行求解。
【参考文献】：
期刊论文
[1]外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律[J]. 刘泽宇,祝锡晶,崔学良,闫彩. 科学技术与工程. 2019(02)
[2]压电换能器机电转换系数研究[J]. 王根圣,陈荷娟. 压电与声光. 2018(02)
[3]压电超声换能器电负载调频特性研究[J]. 王天圣,吴志军,冯平法,张建富,郁鼎文. 机械工程学报. 2017(19)
[4]夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展[J]. 梁召峰. 声学技术. 2016(04)
[5]负载对超声换能器共振频率影响及其匹配分析[J]. 杨日福,闵志玲,张凡. 计算机与应用化学. 2015(02)
[6]超声果蔬清洗机匹配技术的研究[J]. 吴莉,朱昌平. 声学与电子工程. 2013(03)
[7]压电复合换能器的结构对其频率特性的影响[J]. 刘鹏,龙士国,程驰,袁娅. 压电与声光. 2012(06)
[8]压电换能器匹配电路的设计[J]. 蒋锟林. 电声技术. 2012(09)
[9]压电陶瓷换能器电感与电容匹配特性研究[J]. 郭林伟,林书玉,许龙. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(02)
[10]L型匹配网络对超声换能器振动性能的影响[J]. 方由艳,林书玉. 声学技术. 2010(01)
硕士论文
[1]超声换能系统的动态匹配研究[D]. 杨芳.哈尔滨工业大学 2016
[2]大功率超声波振动系统分析与设计[D]. 李双双.杭州电子科技大学 2015
[3]超声换能器的设计理论研究[D]. 曾凡冲.北方工业大学 2013
[4]基于神经网络的动态匹配超声波铸造电源的研究[D]. 黄凯.中南大学 2011
[5]基于DSP中小功率面向铝金属铸轧超声波电源研究[D]. 雷立煜.中南大学 2010
[6]15kHz超声铸造振动系统设计及其试验研究[D]. 邓丽娜.中南大学 2010
[7]超声变幅杆优化设计仿真及负载效应实验研究[D]. 顾鼎超.南京农业大学 2009
[8]动态匹配换能器的超声波电源控制策略[D]. 翁洁知.江南大学 2008
[9]超声铸造中换能系统失谐现象分析及其设计研究[D]. 黄运明.中南大学 2007
本文编号：3407569
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振子结构简图
须仔细选择材料类型。的换能器为功率超声加工中的大功率调谐换能器，因其不需要轻负载换能器。根据前后端盖材料的选用原则，确定后端盖选地相对柔软的 2A12 铝合金。细杆振动方程及求解器的设计理论为：任意截面杆的振动方程及其求解，以及其边盖均为截面均匀一致的柱体，但仍从变截面杆的分析开始[56分析步骤，按照各个截面杆的面积函数求解换能器纵振的波动界条件分析各级组件接触面的应力和振速的连续性，可推导出数的表达式。截面杆如图 2.2 所示，其中对称轴为 轴，以两组件杆的接触意位置杆的截面积函数用 S ( x )表示。
中北大学学位论文( )( )( cos sin)YS x vF x jZ A kx B kxj x = = cS为材料的特性声阻抗， A和B 为待定系数。器振动方程的求解知：压电换能器的节面可以位于换能器的任意位置，在实际设计程求解是复杂的，通常将压电晶堆的两个断面以及中间位置作为计算。能器的波动方程，选定压电陶瓷片后，尺寸随之确定。在给定设计频率的情况下出其余部分尺寸。本节主要分析半波长的压电换能器结构设计，置时的频率方程进行求解。
【参考文献】：
期刊论文
[1]外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律[J]. 刘泽宇,祝锡晶,崔学良,闫彩. 科学技术与工程. 2019(02)
[2]压电换能器机电转换系数研究[J]. 王根圣,陈荷娟. 压电与声光. 2018(02)
[3]压电超声换能器电负载调频特性研究[J]. 王天圣,吴志军,冯平法,张建富,郁鼎文. 机械工程学报. 2017(19)
[4]夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展[J]. 梁召峰. 声学技术. 2016(04)
[5]负载对超声换能器共振频率影响及其匹配分析[J]. 杨日福,闵志玲,张凡. 计算机与应用化学. 2015(02)
[6]超声果蔬清洗机匹配技术的研究[J]. 吴莉,朱昌平. 声学与电子工程. 2013(03)
[7]压电复合换能器的结构对其频率特性的影响[J]. 刘鹏,龙士国,程驰,袁娅. 压电与声光. 2012(06)
[8]压电换能器匹配电路的设计[J]. 蒋锟林. 电声技术. 2012(09)
[9]压电陶瓷换能器电感与电容匹配特性研究[J]. 郭林伟,林书玉,许龙. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(02)
[10]L型匹配网络对超声换能器振动性能的影响[J]. 方由艳,林书玉. 声学技术. 2010(01)
硕士论文
[1]超声换能系统的动态匹配研究[D]. 杨芳.哈尔滨工业大学 2016
[2]大功率超声波振动系统分析与设计[D]. 李双双.杭州电子科技大学 2015
[3]超声换能器的设计理论研究[D]. 曾凡冲.北方工业大学 2013
[4]基于神经网络的动态匹配超声波铸造电源的研究[D]. 黄凯.中南大学 2011
[5]基于DSP中小功率面向铝金属铸轧超声波电源研究[D]. 雷立煜.中南大学 2010
[6]15kHz超声铸造振动系统设计及其试验研究[D]. 邓丽娜.中南大学 2010
[7]超声变幅杆优化设计仿真及负载效应实验研究[D]. 顾鼎超.南京农业大学 2009
[8]动态匹配换能器的超声波电源控制策略[D]. 翁洁知.江南大学 2008
[9]超声铸造中换能系统失谐现象分析及其设计研究[D]. 黄运明.中南大学 2007
本文编号：3407569
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