旋转超声加工非接触式供电理论及实验研究

发布时间：2017-05-20 11:22

  本文关键词：旋转超声加工非接触式供电理论及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转超声加工机床由于其在普通机床上加入超声换能器,使机床加工性能大为改善,现多用于陶瓷、玻璃等的硬脆材料的加工。而超声换能器在旋转的过程中需要为其供给高频驱动电信号,传统的旋转超声供电方式采用集流环接触式的形式,这样限制了旋转超声加工主轴转速的提高以及不能方便换刀等。针对旋转超声接触式供电缺陷,有学者确定通过采用非接触式供电方式是一条可行的途径,并做了些相关研究。本文结合非接触式供电等效模型和超声换能器特点,主要做了以下研究：1.综合考虑非接触式供电变压器的体积随频率升高而减小、超声换能器常用的频率以及本课题的后续研究,给出了本研究中超声设计频率为40K；根据一维纵振理论,进行了40K超声振子的设计计算与模态仿真分析,对设计出的超声换能器等效电参数用阻抗分析仪进行了测量和研究。2.基于传统超声加工中换能器的常规匹配,结合超声换能器的等效电路和非接触式供电的特点,对主要的两种适合应用在旋转超声加工领域的非接触供电模型进行了对比研究,在此基础上推导出了适用于旋转超声振子的简单匹配方式、数学公式和电路等效模型,并进行了MAXWELL电磁场仿真和Multisim电路匹配的仿真研究,完成一套超声非接触式供电装置的设计。3.为搭建实验平台中的硬件电路,给出了处于非接触式供电下硬件电路设计要求,并对具体的硬件电路各个模块的参数进行了设计及完成元器件选型,最后绘制PCB板并进行了元器件的焊接与调试。4.联合超声电源、非接触供电装置和超声换能器搭建实验平台,研究了两组不同的非接触式供电变压器下换能器供电实验,包括非接触式供电变压器原边串联电容与原副边线圈传递效率及功率关系的实验。通过大量的实验总结不同匹配电容下原副边电压电流波形；用激光共聚焦测振仪测量了不同匹配电容非接触式供电条件下的换能器振幅：最后在超声压缩机床对比了接触式供电超声、非接触式供电超声、无超声的生物块压缩实验,验证了本论文中提出的非接触式供电模型的可行性。
【关键词】：超声振子 非接触式供电 超声电源 匹配实验
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题研究的背景和意义13-16
• 1.2 国内外研究现状16-24
• 1.2.1 国外研究现状17-19
• 1.2.2 国内研究现状19-24
• 1.3 课题来源与主要研究内容24-25
• 1.3.1 课题来源24
• 1.3.2 课题主要研究内容24-25
• 第二章 超声振子的设计与仿真25-40
• 2.1 超声振子的基本要求25
• 2.2 压电换能器的设计25-26
• 2.3 压电换能器材料的选择26-27
• 2.4 夹心式压电换能器的设计27-32
• 2.4.1 压电陶瓷片数的选择28
• 2.4.2 节面的选择28-29
• 2.4.3 前后匹配快的设计29-32
• 2.5 变幅杆和工具头的设计32-33
• 2.6 超声振子的有限元仿真分析33-37
• 2.7 超声振子实验37-39
• 2.8 本章小结39-40
• 第三章 非接触式供电理论与仿真研究40-63
• 3.1 超声换能器的等效模型40-42
• 3.2 非接触式供电系统的原理42-43
• 3.3 非接触式变压器结构形式和供电理论模型43-51
• 3.3.1 非接触式供电互感模型44-48
• 3.3.2 非接触式供电的T型模型48-51
• 3.4 影响非接触式供电变压器各参数的因数51-54
• 3.4.1 温度对漏感和耦合电感的影响52-53
• 3.4.2 频率对漏感和耦合电感的影响53-54
• 3.5 对非接触式供电MAXWELL电磁学仿真54-59
• 3.6 对非接触式供电等效模型的电路仿真59-62
• 3.6.1 非接触式供电仿真电路的搭建59-60
• 3.6.2 旋转变压器补偿网络的仿真实验60-62
• 3.7 本章总结62-63
• 第四章 超声电源的设计63-81
• 4.1 超声电源的基本要求和电源总体方案63-65
• 4.2 工频整流滤波电路的设计65-66
• 4.3 BUCK斩波电路的设计66-69
• 4.3.1 BUCK电路中关键元器件参数的确定68-69
• 4.4 高频逆变电路的设计69-73
• 4.4.1 全桥逆变电路拓扑结构分析69-70
• 4.4.2 功率开关管的参数计算及选择70-71
• 4.4.3 功率开关管吸收回路的选型及元件参数计算71-73
• 4.5 驱动电路的设计73-76
• 4.5.1 驱动电路的选型74-75
• 4.5.2 驱动电路的设计75-76
• 4.6 高频变压器的设计制作76-80
• 4.7 反馈电路的设计80
• 4.8 本章小结80-81
• 第五章 超声电源非接触式供电实验研究与分析81-94
• 5.1 硬件平台的搭建81-82
• 5.2 非接触供电变压器的匹配82-92
• 5.2.1 匹配电容对原副边功率的影响82-85
• 5.2.2 匹配电容对原副边波形的影响85-87
• 5.2.3 匹配电容对传递效率的影响87-88
• 5.2.4 匹配电容对振幅的影响88-92
• 5.3 生物块压缩辅助实验92-93
• 5.4 本章小结93-94
• 结论与展望94-96
• 参考文献96-101
• 攻读学位期间发表论文101-103
• 致谢103

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