大尺寸余弦形超声变幅杆的设计

余弦型扭转振动超声变幅杆的研究

转振动变幅杆的设计提供一定的理论基础。
余弦型扭转振动变幅杆的几何示意图。
，＼ｌ
－＿ｒ
，
．— ．Ｉ
２
＼
⑩
２变截面杆扭转振动的波动方程
设定扭转变幅杆由均匀的各向同性材料组成，
一
１
，
，ｒ
１
且不考虑机械损耗，在平面波近似条件下．轴对称变
收稿日期：０６１－８；回日期：０７３１２０ —０２修２０－—９基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７０１１４４６）作者简介：卫春（９８）男，士研究生，要从事超声测量研究。符１７－，硕主通信作者：卫春．— ｉ：０８ｏｃｒ符Ｅｍａｌｆｗｈ０＠ｔｍ．ｏｎ
型、数型杆的结果是一个完善。指
关键词：余弦型扭转振动变幅杆：械阻抗：振频率机共
中圈分类号：Ｏ２．４６１文献标识码：Ａ文章编号：１０－６０２０）５０５ —４００３３（０７一 — ８００９
式中为变幅杆中扭转振动的角位移，（）ｄ厶＝ｆＳ
为圆ｓｃ／频率，ｓ（／）为杆中横波的速度，和Ｐ为材料ＣＧｐ＝Ｇ的剪切模量及体密度。图１表示的是本文要研究的
幅杆沿轴向传播的扭转波动方程可近似为［：１］

超声变幅杆设计资料

.-毕业设计（论文）开题报告题目超声变幅杆及其性能参数测试平台设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化姓名班级.可修编-.-学号指导教师一、课题研究的依据和意义1.1 超声变幅杆综述超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀来去除材料，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法[1]。

如图 1.1。

图 1.1 超声加工示意图[2]近几十年以来，超声加工，包括复合加工的发展极为迅速，工艺技术在深小孔加工、难加工材料加工方面有极为广泛的应用，尤其是在难加工材料领域解决了很多的技术问题，得到了良好的效果。

难加工材料的研究促进了超声加工技术的发展，从而进一步促进了新材料的发展，不难发现，超声加工技术的应用会越来越广泛[3]。

.可修编-.-而本课题所要研究的超声变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分。

它与超声波换能器一起共同组成了超声波振子。

超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波变幅杆是一个无源器件，本身不产生振动，只是将超声波换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成了阻抗变换。

超声波换能器在合适的电场激励下能产生有规律的振动，其振幅一般在 10 m 左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是远远不够的。

因此将换能器合理地连接一个超声变幅杆，超声波的振幅便能在很大的围变化，只要材料强度足够，振幅可以超过 100 m 。

超声波变幅杆亦可起到提高振速比、提高效率，提高机械品质因数，加强耐热性，扩大适应温度围，延长换能器的使用寿命的作用。

超声波换能器通过安装变幅杆(超声波变幅器)调整了换能器与超声波工具头之间的负载匹配，减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转换效率，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。

1.2 超声变幅杆的发展及国外研究动态最初，为了高强大功率超声波的应用，在上世纪 40 年代发明了纵振指数型变幅杆。

新型超声变幅杆的优化设计

作为变幅杆轴截面的母线形状，用ＡＮＹＳ有限元动力学分析与优化设计方法，计出了在满足应Ｓ设
材料许用工作应力条件下、有良好形状因数与较大振幅放大系数的新型变幅杆。具
关键词：超声变幅杆；力学分析；动二维轴对称建模；化设计优
ＪｎＹａｕ，ｎｉｈｉＹａＧａｇ
（ＴａｙａｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，ｉｕｎ００２ＣｈｎｉｕｎＵｎｖｒｉｏｃｎｌｇＴａｙａ３０４，ｉａ）ｙ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂａｅｎｌｍｉａｉｎｆｔｒｄｉｉｎａｏｎ—ｈａｅｍｐｉｉａｉｎｆｃｏｎｄｓａｅｆｃｏｓｄｏｉｔｔｏｓｏｈｅｔａｔｏｌｈｒｓｐｄａｌｃｔｏａｔｒａｈｐａｔｒｆｃｎｎｔｂｍｐｉｉｄａｈａｉｅｓｈｅｃｂｉｐｉｕｖｓｔｅｅａｒｘｏｈｅａｓｃｏｓ— ａｏｅａｌｅｔｔｅｓｍｅｔｍ，ｕｅｔｕｃｓｌｆｎｅｃｒｅａｈｅｇｎｒｔｉｆｔｘｉｒｓｓｃｉｎｏｈｏｎ，ｐｕｎｔｓｈｉｉｅｅｅｎｙａｃａａｙｉｎｄｏｔｍａｅｉｔｏｆＡＮ— ｅｔｏｆｔｅｈｒｔｉｏｕｅｔｅｆｎｔｌｍｅｔｄｎｍｉｎｌｓｓａｐｉｌｓｇｎｍｅｈｄｏｄＳｏｄｖｉｅｎｄｏｅｕｔａｏｎｃｈｒｏｎｌｅｈａｅｉｌＡｌＹＳｔｅｓｄａｋｉｆｎｗｌｒｓｉｏｎｎｔｏｙｍｅｔｔｅＭｔｒａｌｏｗａｌｒｎｇｓｒｓｏｂｅｗｏｋｉｔｅｓｃｎ—

余弦形负载超声变幅杆的设计与研究

ｔｎｐｘｍｅｅｓｏｏｒｋｎｓｏｌａｅａ－ｅｓｉａａｔｒｆｆｕｉｄｆｏｄｄ扛０ｒ黜ｏｍｌｇｖｎ．ＩｔｅｉｐｔｅｃａｃａｔｆｌａｏｉｏｎｉＺＦ．ｔｅｒ￥ＲｎｅｆｑｅｃｑａｉｅｆｈｕａｔｎｅｐｒｏｔｓｎｃｈｒｅＯｈｅｏａｃｅｕｎｙｅｕｎｒｕｒｓ，ｒ
ＴｈａａｔｒｔｓｏｏｉｅｔｐｏｄｄｕｔａｏｉｏｎｅＣｈｒｃｅｉｉｆｃｓｎｙｅＬａｅｌｓｎｃｈｒｓｃｒ
ＬａＶＨｉ—ｔｏ，ＺａＨＵ皿一ｘ，ＹＮＧｉＡ一ｍ，一
ｉｎａｎｆａｉｏｆｉｎｏｌｄｃｓｎｏｇｔｉａｔｓｎｏｗｌｂａ￣ａｅｎｌｄｎｕｅｒｉａｃｎｕｅｒａｔｎｅａｄｆｎａｄｍｇｉｃｔｎｃｅｃｅｔａｅｏｉｅｌｎｉｄｎｌｌａｏｃｈｒｉｅｃｃｔ。ｉｃｕｉｇｐｒｓｔｎｅａｄｐｒｅｃａｃｎｏｉｏｉｆｏｄｆｕｕｒｉｎｌｌｄｅｓｉｅａｃ．Ｂｓｄｏｈｘｒｓｉｎｏ￣ｂｕａｓｏｍａｉｍｐｄｎｅａｅｎｔｅｅｐｅｓｆｎｉｓｔｎｆｒｔｎ，ｔｅｗｏｋｎｔｂｌｙｏｈｓｔｐｆｔｎｆｒｒａｌｅｕｌｐｉｔｏｅａｉｏｒｏｈｒｉｇｓｉｔｆｔｉｙｅｏｒｓｏｍｅＩ１ｑａｏｎｆｔｌｔｅａｌａ（ｖｉｅａｃｔｒｒｅｉｃｓｅｍｏｄｎｅｅａｅｆｔｒｄｓｕｓｄ．Ｉｓｏｓｔａｅｏａｃｒｑｅｃｑａｏｆｏｄｄｃｓｅｂｍｉｂｖｔｏｓ肿ｔｅｓｍｅｔｃｕｈｔｈｗｔｓｎｎｅｆｕｎｙｅｕｔｎｏａｅｏｉｈｒｅｉｌｎｅｗｔｔａｏｅｍｅｈｄｈｗｏｈａ；Ｉｓ

超声变幅杆的设计

本科毕业论文(2015届)题目超声变幅杆及其性能参数测试平台设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师完成日期2015年5月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《超声变幅杆及其性能参数测试平台设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人(签名)：年月日摘要本文从已知的变幅杆大小端直径、工作频率和材料出发，对超声加工系统中的变幅杆进行了研究。

本文主要包括以下研究内容：1.根据已有的变幅杆大小端直径，通过波动方程理论，完成对阶梯型、指数形、圆锥形三种变幅杆的外形设计计算。

2.利用有限元方法，借助有限元软件ANSYS对设计出的三种变幅杆进行动力学分析。

先在SolidWorks中建立三种变幅杆的三维模型，再导入ANSYS中进行模态分析和谐响应分析。

模态分析是指在规定超声波发生器所产生的振动的频率范围内，测定出变幅杆的各个固有频率。

谐响应分析是指确定变幅杆的一个固有频率，并在变幅杆的一个固定断面施加一个正弦规律的振动，再测定变幅杆的自由端的振动变化。

通过比较自由端和固定端的振幅大小变化，求出所设计的变幅杆的振幅放大比。

3.搭建实验测定平台。

搭建了单独测定变幅杆放大系数的实验平台，还搭建了测定超声振动系统性能的实验平台，并对已有的变幅杆加以实验测定。

通过阻抗分析仪、激光位移传感器等得到谐振频率、放大系数的实际测量数据，并判定了已有的超声振动系统的性能。

关键词：超声变幅杆；有限元；模态分析；谐响应分析；实验平台ABSTRACTStarting from the known diameters of both ends of ultrasonic horn, the working frequency and the material, the horn with the ultrasonic processing system were studied. This paper mainly includes the following contents:1.According to the diameters of both ends of ultrasonic, and by the theory of wave equation, complete the size calculation of tapered, exponential and stepped ultrasonic horn.ing the finite element method, complete the dynamics analysis of three horn by the finite element software ANSYS. First, we should set up 3D models of three horn in SolidWorks, and then import 3D models to ANSYS for modal analysis and harmonic response analysis. Modal analysis is in accordance with the ultrasonic generator vibration frequency range and determine each natural frequency of the horn. Harmonic response analysis is in the determined natural frequency of a horn, and the horn of a fixed section applied a sinusoidal vibration, to determine the vibration change of the free end of the horn. By comparing the amplitude change of the free end and the fixed to get the amplification ratio of the designed horn.3.Set up the experimental test platform.The experimental platform of measuring the amplification coefficient of variable amplitude rod is established, and then the experimental platform of measuring the ultrasonic vibration system performance is established, and the existing variable amplitude rod was measured experimentally. The actual measurement data of the resonant frequency and the amplification coefficient are obtained by the impedance analyzer and laser displacement sensor, and the performance of the ultrasonic vibration system is determined.Keywords: ultrasonic horn；finite element；modal analysis；harmonic response analysis；experimental platform目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究发展历程 (1)第二章超声波加工概述 (4)2.1 超声波的特点 (4)2.2 超声加工的基本原理 (5)2.3超声加工的特点 (7)第三章变幅杆的设计 (8)3.1 变幅杆设计理论 (8)3.1.1 变幅杆设计概述 (8)3.1.2 变截面纵振动的波动方程 (8)3.2 指数形变幅杆的理论计算 (10)3.2.1 指数形变幅杆频率方程和谐振长度 (11)3.2.2 指数形变幅杆的位移节点x (11)M (12)3.2.3 指数形变幅杆的放大系数p3.2.4 指数形变幅杆的计算 (12)3.3 圆锥形变幅杆的理论计算 (12)3.3.1 圆锥形变幅杆的频率方程和谐振长度 (13)3.3.2 圆锥形变幅杆的位移节点x (14)3.3.3 圆锥形变幅杆的放大系数M (14)p3.3.4 圆锥形变幅杆的计算 (14)3.4 阶梯形变幅杆的理论计算 (14)3.4.1 阶梯形变幅杆的位移节点x (15)M (16)3.4.2 阶梯形变幅杆的放大系数p3.4.3 阶梯形变幅杆的计算 (16)第四章运用ANSYS对变幅杆的动力学分析 (17)4.1 有限元方法简介 (17)4.2 有限元方法动力学分析的理论基础 (18)4.2.1 模态分析的力学基础 (18)4.2.2 谐响应分析的力学基础 (19)4.3 变幅杆的动力学分析 (20)4.3.1 变幅杆模型的建立 (21)4.3.2 变幅杆网格的划分 (22)4.3.3 变幅杆的模态分析 (23)4.3.4 变幅杆的谐响应分析 (25)第五章变幅杆性能参数测试实验平台的搭建 (29)5.1 实验目的 (29)5.2 实验设备 (29)5.2.1 压电式加速度传感器 (29)5.2.2 电荷放大器 (31)5.2.3 示波器 (32)5.3 实验测试系统的搭建 (32)第六章超声振动系统实验平台的搭建 (34)6.1 实验简介 (34)6.2 主要实验设备 (34)6.2.1 激光位移传感器 (34)6.2.2 阻抗分析仪 (35)6.3 实验测试系统的建立 (35)6.4 实验测试过程与结果分析 (36)第七章总结与展望 (39)7.1 总结 (39)7.2 展望 (39)致谢 (41)参考文献 (42)第一章绪论1.1 引言超声波加工是一种近十几年来新兴的加工技术，目前已经在很多工业中得到了应用。

超声变幅杆的设计与性能分析

《装备制造技术》２００９年第８期超声变幅杆，是超声振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用，是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。

超声变幅杆一般由用户根据生产情况自行设计，所以超声变幅杆的设计、制造以及实现声振系统的谐振，是超声轴向振动钻削系统中的关键问题［１］。

１复合变幅杆设计在超声振动系统工作中，由超声换能器辐射面所产生的振动幅度非常小，当工作频率在２０ｋＨｚ范围内，超声换能器辐射面的振幅只有数微米，而在超声加工中所需要的振幅，大约为数十甚至数百微米，所以必须借助变幅杆的作用，将机械振动质点的位移量和速度进行放大。

变幅杆的作用主要有两个：一个是将机械振动位移或速度振幅放大，或者把能量集中在较小的辐射面上，起聚能作用；另一作用，是作为机械阻抗的变换器，使超声能量由超声换能器更有效地向负载传输。

变幅杆的结构，不仅涉及到计算和制造，而且还会影响到变幅杆的使用性能，所以设计变幅杆应综合考虑以上因素。

１．１复合变幅杆的理论分析讨论图１所示三段复合型变幅杆。

Ｉ和ＩＩＩ为等截面杆，ＩＩ段为变截面杆。

为简化讨论，设杆的横截面为圆形截面，各段用同一种材料做成。

由变截面杆的波动方程坠２ξ坠x２＋１A ·坠A 坠x ·坠ξ坠x ＋k ２ξ＝０出发，可以求出各段杆中的振动位移，放大系数的一般公式。

杆中各段质点振动位移ξ１＝a １ξ１ｃｏｓ（Kx ＋a １）ξｎ＝a ２ξ１ｃｏｓ（K ＇x ＋a ２）ξｍ＝a ３ξ１ｃｏｓ（Kx ＋a ３）频率方程（两端自由）组为ｔａｎ（K ＇l ２＋a ２）＋K ｔａｎKl ３＋R ＇（l ３）２＝０ｔａｎa ２＝K K ′ｔａｎKl １－１K ＇R ＇（０）R １放大系数M p ：M p ＝Nｃｏｓ（K ＇l 2+a 2）ｃｏｓa １·ｃｏｓKl ２ｃｏｓKl ３为获得较大的振幅，应使变幅杆的固有频率和外激振动频率相等，使之处于共振状态。

超声变幅杆的原理和设计

超声变幅杆的原理和设计
一、超声变幅杆基本概念
1. 超声变幅杆是超声波的一个重要组成部分，它通过机械振荡将电子信号转换成超声能量。

2. 超声变幅杆的主要作用是放大电子信号，使其转化为更强的超声信号，以提高超声检测的灵敏度和分辨率。

二、超声变幅杆的原理
1. 超声变幅杆的核心部件是一个底盘和一个压电陶瓷振片。

当电流通过压电陶瓷振片时，会引起振动。

2. 振动会使在底盘上的声阻抗发生变化，导致压电陶瓷振片发射出超声波。

3. 超声波的能量通过声束传递到被测物体中，被测物体反射的超声波再度经过超声变幅杆，通过电子信号的放大，最终形成图像。

三、超声变幅杆的设计
1. 超声波的发射和接收都需要超声变幅杆发挥作用。

因此，超声变幅杆必须具备高稳定性和重复性，以确保超声信号能够被准确地发射和
接收。

2. 超声变幅杆的设计必须精确确定其电气、机械和声学参数，以确保它的性能和可靠性。

3. 优秀的超声变幅杆设计需要充分理解超声波的性质和特点，并结合实际应用需求，进行参数优化和工艺设计。

总之，超声变幅杆是超声检测的关键部件之一，其设计的优劣直接影响着超声检测的精度和可靠性。

通过合理的设计，可以提高超声信号的功率和精确度，从而实现更准确的检测和诊断。

余弦型扭转振动超声变幅杆的研究

余弦型扭转振动超声变幅杆的研究
余弦型扭转振动超声变幅杆的研究
从波动方程出发,对余弦型变幅杆的扭转振动进行了系统探讨.利用传统方法,推导出了"余弦型变幅杆"扭转振动的频率方程和各特性参数表达式,为余弦型扭转振动变幅杆的设计提供了一定的理论依据,对巳有阶梯型、锥型、指数型杆的结果是一个完善.
作者：符卫春孙晓清吴胜举白诚 FU Wei-chun SUN Xiao-qing WU Sheng-ju BAI Cheng 作者单位：符卫春,孙晓清,吴胜举,FU Wei-chun,SUN Xiao-qing,WU Sheng-ju(陕西师范大学应用声学研究所,西安,710062)
白诚,BAI Cheng(西安通信学院,西安,710106)
刊名：声学技术ISTIC PKU英文刊名：TECHNICAL ACOUSTICS 年，卷(期)：2007 26(5) 分类号：O426.1 关键词：余弦型扭转振动变幅杆机械阻抗共振频率。

超声微细加工中变幅杆的设计与制造

超声微细加工中变幅杆的设计与制造超声微细加工技术是一种应用高频振动来实现微米级别加工的技术手段。

在超声微细加工中，变幅杆是一项非常重要的组成部分，因为它能够将高频振动转化为微小振幅，并且能够保证振幅的稳定性，从而实现高精度的微细加工。

本文将从设计与制造两个方面对变幅杆进行详细描述。

设计变幅杆的设计需要考虑以下几个方面：首先，需要选择适合的材料，通常采用的材料有钛合金、不锈钢等。

这些材料具有良好的刚性和导热性，能够保证变幅杆在高频振动下不变形，同时也能有效散热。

其次，需要确定变幅杆的形状和尺寸。

变幅杆的长度和直径需根据所需的振幅和频率进行计算。

一般来说，变幅杆的长度为振波长的1/4到1/2，直径为波长的1/10到1/20。

最后，需要选择适合的加工工艺。

变幅杆通常采用加工中心、线切割等方法进行加工。

加工过程中需要注意避免材料的变形和过热等问题，以保证变幅杆的精度和质量。

制造变幅杆的制造需要经过以下几个步骤：首先，需要进行材料的采购和原材料加工。

选择优质的材料，并经过精密的加工和热处理，以保证变幅杆的刚性和稳定性。

其次，进行模具制作。

模具的设计需要根据变幅杆的尺寸和形状进行设计，并根据加工工艺进行一些特殊的处理。

接着，进行变幅杆的加工。

根据模具的设计，采用合适的加工工艺进行加工，并进行质量控制。

这一步需要特别注意制造过程中的精度和质量。

最后，进行变幅杆的测试和修整。

在制造完成后，需要对变幅杆进行测试，以检测其性能和精度，同时需要进行一些细小的修整，以达到最佳的加工效果。

结论变幅杆是超声微细加工中非常重要的组成部分，其设计和制造需要进行严密的控制。

本文从设计和制造两个方面对变幅杆进行了详细描述，希望能够对相应的技术人员提供参考和帮助。

数据分析在各个领域都是非常重要的，通过对数据进行分析，可以更好地理解事物的本质和规律，并做出更好的决策。

以下是一些数据及其分析，供参考。

1. 某公司销售额月份销售额（万元）1月 202月 253月 304月 355月 406月 45通过对上面数据的分析可以得到以下几点结论：- 公司销售额呈现逐月递增的趋势；- 上半年的销售额明显高于下半年；- 从5月开始，销售额增长的速度有所放缓。

超声波焊接变幅杆型号-概述说明以及解释

超声波焊接变幅杆型号-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超声波焊接是一种应用超声波能量将两个或多个工件连接在一起的技术。

通过超声波振动产生的摩擦和压力，材料表面在接触区域发生塑性变形，从而实现焊接。

相对于传统的热焊接方法，超声波焊接具有无需外部加热源、能耗低、环境友好、焊接速度快、焊接强度高等优点。

变幅杆是超声波焊接中的关键元件，它负责将振动源产生的高频振动转化为大幅度、低频振动，并传输至焊接头上。

其主要作用是放大振幅，以增大焊接头的振动能量。

变幅杆一般由金属材料制成，具有一定的弹性和刚度。

根据结构和工作原理的不同，变幅杆可以分为两种类型：机械式变幅杆和共振式变幅杆。

机械式变幅杆通过机械机构的放大作用，将振动源产生的高频振动转换为大幅度的低频振动。

共振式变幅杆则利用共振效应，使得振动源的频率和变幅杆的固有频率相吻合，从而实现振幅的最大化。

在实际应用中，不同型号的超声波焊接变幅杆具有不同的特点和适用范围。

根据焊接头的尺寸和材料的不同，可以选择合适的变幅杆型号来实现最佳的焊接效果。

因此，深入研究和分析超声波焊接变幅杆的型号与性能之间的关系，对于提高焊接质量和效率具有重要意义。

总之，超声波焊接是一种高效、可靠的焊接技术，而变幅杆作为其中的关键元件，对焊接效果有着重要的影响。

本文旨在就超声波焊接变幅杆的型号进行深入研究，并对其性能和应用进行总结和展望，以促进超声波焊接技术的发展和应用。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本篇长文的框架和组织方式，以帮助读者对整篇文章的结构有一个清晰的认识。

本文采用以下各部分组成的结构：第一部分是引言部分，主要包括概述、文章结构和目的三个小节。

在概述部分，将对超声波焊接变幅杆的重要性和应用背景进行简要介绍，引发读者的兴趣。

文章结构部分将详细说明本文的各个章节和小节的内容安排，以便读者在阅读过程中能够更好地理解文章的逻辑结构和脉络。

目的部分将明确本文的写作目标和意义，指出本文的研究意义和实际应用价值。

超声变幅杆的设计

本科毕业论文(2015届)题目超声变幅杆及其性能参数测试平台设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师完成日期2015年5月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《超声变幅杆及其性能参数测试平台设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人(签名)：年月日摘要本文从已知的变幅杆大小端直径、工作频率和材料出发，对超声加工系统中的变幅杆进行了研究。

本文主要包括以下研究内容：1.根据已有的变幅杆大小端直径，通过波动方程理论，完成对阶梯型、指数形、圆锥形三种变幅杆的外形设计计算。

2.利用有限元方法，借助有限元软件ANSYS对设计出的三种变幅杆进行动力学分析。

先在SolidWorks中建立三种变幅杆的三维模型，再导入ANSYS中进行模态分析和谐响应分析。

模态分析是指在规定超声波发生器所产生的振动的频率范围内，测定出变幅杆的各个固有频率。

谐响应分析是指确定变幅杆的一个固有频率，并在变幅杆的一个固定断面施加一个正弦规律的振动，再测定变幅杆的自由端的振动变化。

通过比较自由端和固定端的振幅大小变化，求出所设计的变幅杆的振幅放大比。

3.搭建实验测定平台。

搭建了单独测定变幅杆放大系数的实验平台，还搭建了测定超声振动系统性能的实验平台，并对已有的变幅杆加以实验测定。

通过阻抗分析仪、激光位移传感器等得到谐振频率、放大系数的实际测量数据，并判定了已有的超声振动系统的性能。

关键词：超声变幅杆；有限元；模态分析；谐响应分析；实验平台ABSTRACTStarting from the known diameters of both ends of ultrasonic horn, the working frequency and the material, the horn with the ultrasonic processing system were studied. This paper mainly includes the following contents:1.According to the diameters of both ends of ultrasonic, and by the theory of wave equation, complete the size calculation of tapered, exponential and stepped ultrasonic horn.ing the finite element method, complete the dynamics analysis of three horn by the finite element software ANSYS. First, we should set up 3D models of three horn in SolidWorks, and then import 3D models to ANSYS for modal analysis and harmonic response analysis. Modal analysis is in accordance with the ultrasonic generator vibration frequency range and determine each natural frequency of the horn. Harmonic response analysis is in the determined natural frequency of a horn, and the horn of a fixed section applied a sinusoidal vibration, to determine the vibration change of the free end of the horn. By comparing the amplitude change of the free end and the fixed to get the amplification ratio of the designed horn.3.Set up the experimental test platform.The experimental platform of measuring the amplification coefficient of variable amplitude rod is established, and then the experimental platform of measuring the ultrasonic vibration system performance is established, and the existing variable amplitude rod was measured experimentally. The actual measurement data of the resonant frequency and the amplification coefficient are obtained by the impedance analyzer and laser displacement sensor, and the performance of the ultrasonic vibration system is determined.Keywords: ultrasonic horn；finite element；modal analysis；harmonic response analysis；experimental platform目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究发展历程 (1)第二章超声波加工概述 (4)2.1 超声波的特点 (4)2.2 超声加工的基本原理 (5)2.3超声加工的特点 (7)第三章变幅杆的设计 (8)3.1 变幅杆设计理论 (8)3.1.1 变幅杆设计概述 (8)3.1.2 变截面纵振动的波动方程 (8)3.2 指数形变幅杆的理论计算 (10)3.2.1 指数形变幅杆频率方程和谐振长度 (11)3.2.2 指数形变幅杆的位移节点x (11)M (12)3.2.3 指数形变幅杆的放大系数p3.2.4 指数形变幅杆的计算 (12)3.3 圆锥形变幅杆的理论计算 (12)3.3.1 圆锥形变幅杆的频率方程和谐振长度 (13)3.3.2 圆锥形变幅杆的位移节点x (14)3.3.3 圆锥形变幅杆的放大系数M (14)p3.3.4 圆锥形变幅杆的计算 (14)3.4 阶梯形变幅杆的理论计算 (14)3.4.1 阶梯形变幅杆的位移节点x (15)M (16)3.4.2 阶梯形变幅杆的放大系数p3.4.3 阶梯形变幅杆的计算 (16)第四章运用ANSYS对变幅杆的动力学分析 (17)4.1 有限元方法简介 (17)4.2 有限元方法动力学分析的理论基础 (18)4.2.1 模态分析的力学基础 (18)4.2.2 谐响应分析的力学基础 (19)4.3 变幅杆的动力学分析 (20)4.3.1 变幅杆模型的建立 (21)4.3.2 变幅杆网格的划分 (22)4.3.3 变幅杆的模态分析 (23)4.3.4 变幅杆的谐响应分析 (25)第五章变幅杆性能参数测试实验平台的搭建 (29)5.1 实验目的 (29)5.2 实验设备 (29)5.2.1 压电式加速度传感器 (29)5.2.2 电荷放大器 (31)5.2.3 示波器 (32)5.3 实验测试系统的搭建 (32)第六章超声振动系统实验平台的搭建 (34)6.1 实验简介 (34)6.2 主要实验设备 (34)6.2.1 激光位移传感器 (34)6.2.2 阻抗分析仪 (35)6.3 实验测试系统的建立 (35)6.4 实验测试过程与结果分析 (36)第七章总结与展望 (39)7.1 总结 (39)7.2 展望 (39)致谢 (41)参考文献 (42)第一章绪论1.1 引言超声波加工是一种近十几年来新兴的加工技术，目前已经在很多工业中得到了应用。