椭圆超声振动镗削装置的设计及实验分析

发布时间：2023-02-18 20:09

　　椭圆超声振动切削技术作为一种新型的加工技术,因具有减小切削力、提高刀具使用寿命、降低切削温度、提高已加工表面质量和精度、改善排屑情况等优点,而受到国内外学者的广泛关注。同时,在椭圆超声振动切削过程中,刀尖处不会受到交变的拉压应力,从而可以有效减少刀具崩刃现象的发生。此外,在刀与工件的分离阶段,后刀面与已加工表面脱离接触,有助于提升表面质量。因此,在理论上,椭圆超声振动切削是对直线超声振动切削的完善,设计一种可靠、高效的椭圆振动镗削装置在实际加工中具有重要意义。实现单激励椭圆超声振动切削的方式有复合换能器和复合变幅杆两种。本文采用复合变幅杆的设计方案,将压电换能器输出的单一纵向振动,转变成两种复合振动模态,进而实现复合变幅杆末端刀具的椭圆振动切削。同时,在理论上对复合变幅杆和换能器进行了设计。使用理论设计、有限元仿真和实验验证相结合的设计方法。通过对复合变幅杆模态分析,得到的固有频率及振型验证了相关设计理论的正确性。通过结构瞬态动力学分析,得到复合变幅杆刀尖处的运动轨迹,表明其能够实现椭圆振动轨迹,验证了理论设计的正确性。此外,在刀尖处施加相同的外力时,对两组复合超声振子进行静力学分析显...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的来源及意义
    1.2 椭圆振动切削的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 研究的主要内容
第二章 椭圆超声振动镗削装置振动系统的设计与计算
    2.1 椭圆超声振动镗削系统方案设计
    2.2 纵扭振动系统设计与计算
        2.2.1 变截面变幅杆的波动方程
        2.2.2 圆锥体纵振与扭转的振动特性
        2.2.3 圆柱体纵振与扭转振动特性
        2.2.4 圆锥形阶梯变幅杆纵扭复合振动特性
        2.2.5 纵扭复合变幅杆理论设计计算
    2.3 纵弯振动系统设计与计算
        2.3.1 简谐力作用下有阻尼系统响应
        2.3.2 基础作简谐运动时阻尼系统的响应
        2.3.3 复合运动微分方程的合成
        2.3.4 纵弯复合变幅杆理论设计计算
    2.4 换能器的理论设计与计算
        2.4.1 换能器的设计理论
        2.4.2 换能器的理论设计计算
    本章小结
第三章 振动系统性能的仿真分析
    3.1 纵弯振动系统仿真分析
        3.1.1 纵弯复合变幅杆模态分析
        3.1.2 结构瞬态动力学分析
        3.1.3 添加刀片后的有限元分析
    3.2 纵扭振动系统仿真分析
        3.2.1 纵扭复合变幅杆的有限元分析
        3.2.2 添加刀片后的有限元分析
    3.3 复合变幅杆刀尖处的轨迹图
    3.4 换能器的仿真分析
    3.5 超声振子的仿真分析
        3.5.1 模态分析
        3.5.2 结构静力学分析
    本章小结
第四章 机械系统的结构设计与实验分析
    4.1 压电换能器的结构设计
        4.1.1 前盖板
        4.1.2 后盖板
        4.1.3 压电陶瓷部分
        4.1.4 铜电极片
        4.1.5 绝缘套筒
        4.1.6 预应力螺栓和螺母
    4.2 超声镗削装置的整体结构设计
        4.2.1 刀柄、拉钉的选择
        4.2.2 电能传输装置及其选择
        4.2.3 外套桶的设计
        4.2.4 法兰的结构设计
        4.2.5 镗削装置的整体结构
    4.3 声学系统测试实验
        4.3.1 测试分析原理
        4.3.2 测试结果分析
    4.4 纵弯、纵扭超声振动系统的对比
    本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3745450