基于超磁致伸缩换能器的超声强化装置改进研究

发布时间：2017-07-31 03:11

  本文关键词：基于超磁致伸缩换能器的超声强化装置改进研究

  更多相关文章： 稀士超磁致伸缩换能器 动态输出特性 样机 有限元分析 损耗分析 正交试验

【摘要】：超声振动强化作为新工艺在提高零件表面质量方面有特殊的优势,常规的光整加工经常采用滚压与喷丸强化,但经喷丸强化工艺后零件轮廓尺寸精度较低,滚压处理后的强化层较浅,硬度较低,而超声强化能更好的提高其表面质量。换能器作为超声强化系统的核心组成部分,一直是决定超声强化工艺的关键因素。本文对超声强化原理及超磁致伸缩材料特性进行研究,为超磁致伸缩换能器的设计研发提供理论依据,研究换能器的动态输出特性,针对超声强化的技术要求对换能器的各部分结构尺寸进行设计计算,研制改进超磁致伸缩换能器样机,并且完成超声电源的研制。通过理论分析超磁致伸缩换能器的磁场,建立了磁场分布模型,应用ANSYS有限元分析方法,对换能器的磁场进行了仿真分析,验证了结构设计的合理性并进行结构优化。搭建了测试磁滞损耗实验平台,计算了换能器各类损耗,包括涡流损耗、磁滞损耗、电阻损耗,并且提出了减少能量损耗的方法。常规方法测试换能器内部温度很困难,通过有限元分析模拟换能器温度场,得到了实际的换能器温度分布状况,结果显示换能器内部最高温升为71℃,能满足长时间超声强化的工作需要。经测试换能器输出振幅最大可达253μm,换能器输出更加稳定,本文设计的偏置磁场方式能适应不同频率下消除倍频效应的需要。应用正交试验方法设计了三因素三水平正交试验,研究挤压量、进给量、工件转速三个参数对超声强化效果的作用规律与实际影响效果。得到对表面粗糙度而言最显著的影响因素为进给量,对硬度影响最显著影响因素为挤压量,超声强化前后较前道工序粗糙度下降80%左右,表面硬度提高28.5%左右。
【关键词】：稀士超磁致伸缩换能器 动态输出特性 样机 有限元分析 损耗分析 正交试验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 超声强化国内外研究现状13-19
• 1.2.1 超磁致伸缩材料特性14-16
• 1.2.2 超声换能器国内外发展现状16-19
• 1.3 研究意义19-20
• 1.4 研究内容和总体框架20-24
• 1.4.1 论文主要内容20-21
• 1.4.2 总体框架21-24
• 2 超磁致伸缩超声强化系统改进设计24-50
• 2.1 引言24
• 2.2 超声强化系统设计理论依据24-28
• 2.2.1 超磁致伸缩超声强化系统工作原理24-25
• 2.2.2 超磁致伸缩材料工作特性25-28
• 2.3 超磁致伸缩换能器结构设计28-42
• 2.3.1 超磁致伸缩换能器的输出特性分析29-31
• 2.3.2 驱动原件选型31-32
• 2.3.3 复合振子设计32-34
• 2.3.4 驱动线圈及偏置磁场设计34-38
• 2.3.5 碟簧结构选型38-39
• 2.3.6 热补偿结构设计39-40
• 2.3.7 磁轭设计40
• 2.3.8 超磁致伸缩换能器总体结构40-42
• 2.4 超声电源的研制42-47
• 2.4.1 超磁致伸缩换能器电源匹配分析42-44
• 2.4.2 超声强化电源主电路设计44-45
• 2.4.3 超声电源整机制作与测试45-47
• 2.5 超声强化装置配件的设计47-49
• 2.5.1 超声强化工具头设计47-48
• 2.5.2 超磁致发射源信号发生器设计48-49
• 2.6 本章小结49-50
• 3 超磁致伸缩换能器磁场理论及有限元分析50-62
• 3.1 引言50
• 3.2 超磁致伸缩棒内部磁场分析50-53
• 3.3 电磁场有限元分析53-61
• 3.4 本章小结61-62
• 4 超声换能器损耗分析与温度场有限元分析62-74
• 4.1 引言62
• 4.2 换能器磁滞损耗分析62-65
• 4.3 换能器涡流损耗分析65-68
• 4.4 线圈电阻损耗分析68
• 4.5 超磁致伸缩换能器温度场有限元仿真68-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 超磁致伸缩超声强化正交试验研究74-86
• 5.1 前言74
• 5.2 换能器输出振幅测试74-77
• 5.2.1 电流脉宽参数对换能器振幅的影响75-76
• 5.2.2 不同波形与频率的电流参数对换能器输出影响76-77
• 5.3 超声振动强化正交试验研究77-84
• 5.3.1 试验材料78
• 5.3.2 超声强化试验的因素设定78-79
• 5.3.3 粗糙度测量结果与分析79-82
• 5.3.4 硬度测量与结果分析82-84
• 5.4 本章小结84-86
• 6 结论与展望86-88
• 6.1 论文总结86
• 6.2 工作展望86-88
• 参考文献88-92
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果92-96
• 学位论文数据集96

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