超声变幅杆及其性能参数测试平台设计-本科毕业论文

旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究

太原理工大学硕士学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究姓名：杨志斌申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：轧刚20080501太原理jI．．大学硕士研究生学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究摘要随着科学技术的发展，各种高性能的陶瓷材料不断涌现。

由于陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，在机械、电子、航空、汽车等领域上具有广阔的应用前景。

但由于其硬度和脆性高，难以加工，应用受到制造成本的限制。

超声加工己被证明是陶瓷、石英、金刚石、半导体等硬脆性材料加工的有效方法。

传统的磨料悬浮液超声加工工具磨损大，加工精度和加工效率也不高，因此国内外都在寻找新的加工方法并研制相应的新型设备。

研究表明，在传统超声加工的基础上发展的采用金刚石工具的旋转式超声加工是加工硬脆材料的一种有效方法，具有良好的发展前景。

超声加工装置主要由超声波发生器、换能器和变幅杆组成，其中的变幅杆在加工过程中处于极其重要的地位，它的主要作用是在其输出端：睁换能器输入的机械振动的质点位移或速度放大，或者将超声能量集中在较小的面积上。

振幅放大比是变幅杆的重要性能参数，对加工过程中的材料去除率有较大影响。

各种传统形状的变幅杆各有优点，但都不是最理想的。

指数形和圆锥形变幅杆的放大倍数较低，降低了加工效率；阶梯形虽然有比圆锥形和指数形变幅杆大的多的放大倍数，但其直径突变引起过高的工作应力，即使在突变处采用圆锥或圆角过渡可以降低工作应力，也要损失较大的振幅放大比。

随着有限兀理沦的完善和相关应用软件的发展，通过计算机育接进行变幅杆的设计成为可能。

本文以提高超声加T装置的效率为J斗J发点，设计并制造了旋转超声加工振动装置；通过对变幅杆的研究，设计出具有大振幅比的新型超声变幅杆。

主要研究内容有：太原理I：人学硕十研究生学位论文1．选购大功率超声波发声器与压电式换能器，设计并制造旋转超声加工机床振动装置。

2．应用解析法对传统的指数形、圆锥形、阶梯形变幅杆进行设计，求出其振幅放大比、节点位置、谐振长度等参数。

超声变幅杆及其性能参数测试平台设计-本科毕业论文

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。

超声波变幅杆

超声波变幅杆
超声波变幅杆是由超声波放大器和超声波探头组合而成的检测装置，主要用于管道内介质流量的实时动态检测和流量振动的测量。

超声波变幅杆的优点是系统结构简单，精度高，无堵塞现象，能够进行连续监测，环境适应性好，成本低廉；可以实现量程宽，流量范围大，可以探测一定流量范围内的液体介质的流量，而且要求材料的密度范围不大，又能实现多种种管径的流量检测，并且在流量变化范围内，可以实现流量变化率的实时监测和振动测量。

基于有限元的超声复合变幅杆的动力学分析及优化设计

基于有限元的超声复合变幅杆的动力学分析及优化设计
随着科学技术的发展，超声波技术在医学、工程等领域中应用日益广泛。

超声复合变幅杆是一种基于超声波原理的新型变振幅装置，具有振动幅度大、频率可调、能量传递高等优点。

本文基于有限元方法对超声复合变幅杆的动力学进行分析，并进行优化设计。

首先，本文对超声复合变幅杆的结构进行了建模。

通过有限元软件对变幅杆的材料进行建模，确定了杆件的几何形状和材料属性，并进行了网格划分。

然后，根据超声波的传播原理，建立了超声波在变幅杆中的传播模型。

考虑到杆件的材料的非线性特性和超声波的传播特性，采用有限元方法对超声波的传播过程进行了模拟计算。

接下来，本文对超声复合变幅杆的动力学性能进行了分析。

通过有限元分析软件对变幅杆在不同工况下的振动响应进行了模拟计算，并得到了变幅杆的频率响应曲线和振动幅度。

同时，分析了杆件的应力、应变分布情况，评估了变幅杆的结构强度和稳定性。

最后，本文针对超声复合变幅杆的动力学特性进行了优化设计。

通过调整杆件的几何参数和材料属性，优化了变幅杆的频率响应和振动幅度。

同时，对杆件的应力和应变进行了优化，提高
了变幅杆的结构强度和稳定性。

通过优化设计，使超声复合变幅杆的性能得到进一步提升。

综上所述，本文基于有限元方法对超声复合变幅杆进行了动力学分析，并进行了优化设计。

通过对变幅杆的结构进行建模和分析，得到了变幅杆的频率响应和振动幅度。

通过优化设计，改善了变幅杆的动力学性能，提高了杆件的结构强度和稳定性。

这对于超声波技术的应用和超声波设备的设计具有重要的理论和实际意义。

超声波振动农业触土部件变幅杆性能分析与试验

超声波振动农业触土部件变幅杆性能分析与试验
赵智豪;王家胜;杨丽丽
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】针对超声波振动农业触土部件的结构要求,对比研究了指数型、悬链线型、圆锥型和阶梯型4种不同类型超声波变幅杆的谐振效应和聚能放大性能。

利用变
截面变幅杆的纵振波动方程求解得到4种变幅杆超声波激振下的轴向位移函数和
应变分布函数,借助MatLab编程计算求得变幅杆轴向位移和应变分布和变幅杆的
关键参数。

结果表明:4种变幅杆的最大位移都发生在变幅杆的小端处,轴向应变曲
线的最低点显示了易发生破坏失效变幅杆的极大应变点;相同条件下,4种变幅杆放
大系数从大到小排列依次为阶梯型、悬链线型、指数型和圆锥型。

阶梯型变幅杆虽然放大系数较大,但形状因数最小,过渡处易遭到破坏;圆锥型变幅杆的形状因数最大,其它两种居中。

最后,分别通过有限元仿真分析和土槽试验的方法对计算结果进行
验证,仿真与试验结果和理论计算结果保持较好的一致性。

【总页数】7页(P22-28)
【作者】赵智豪;王家胜;杨丽丽
【作者单位】青岛农业大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】S122;S220.3
【相关文献】
1.基于ANSYS的超声变幅杆节点优化及振动性能试验
2.超声变幅杆振动温升及其对振动稳定性的影响
3.超声波去除小孔毛刺试验及装置中变幅杆设计
4.带工具头变幅杆的优化修整及其振动性能试验
5.超声波振动下农机触土部件-土壤相互作用力学特性
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功率超声铆焊变幅杆的设计与分析

功率超声铆焊变幅杆的设计与分析
李永亮;梁强;冯俊
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】功率超声塑料铆焊变幅杆的设计中,纵波谐振频率和振幅是设计的关键。

某工程实践中以阶梯形铆焊变幅杆为设计对象,有限元模态分析中,其纵波固有频率
为19982 Hz,谐波扫频响应共振频率为20082 Hz,阻抗测试频率为19813 Hz,三者误差率较小,且在材料阻尼率为0.004时,变幅杆端头有仿真最大振幅59.16μm,与
激光测振仪测量的振幅49.8μm同样误差较小,实践加工验证,铆焊效果较好。

结果表明有限元固有模态、谐波响应、阻抗分析、振幅测试分析可为超声变幅杆的工程设计提供高效的设计、分析、测试方法。

【总页数】9页(P591-599)
【作者】李永亮;梁强;冯俊
【作者单位】重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TB559
【相关文献】
1.功率超声变幅杆固有频率的模态分析
2.超声变幅杆设计用表的计算机编制（IV）：纵,扭振变幅杆两用表
3.用于功率超声磨削声学系统的阶梯型变幅杆节点位置研究
4.基于超声搅拌摩擦焊的变幅杆设计与仿真研究
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纵扭与弯曲超声变幅杆的设计研究

纵扭与弯曲超声变幅杆的设计研究摘要：纵扭与弯曲超声变幅杆是一种用于测量材料中的超声波信号的设备。

本文通过对纵扭与弯曲超声变幅杆的设计研究，分析了其工作原理和设计要点，并对其性能进行了实验验证。

研究结果表明，纵扭与弯曲超声变幅杆具有较高的测量精度和稳定性，适用于材料中超声信号的测量。

关键词：纵扭与弯曲超声变幅杆；设计；工作原理；性能；实验验证引言：纵扭与弯曲超声变幅杆是一种常用的超声测量设备，广泛应用于材料科学、工程结构等领域。

其通过测量材料中传播的超声波信号，可以得到材料的声学特性参数，为材料研究和工程设计提供重要依据。

因此，对纵扭与弯曲超声变幅杆的设计进行研究具有重要意义。

方法：本文首先对纵扭与弯曲超声变幅杆的工作原理进行了分析。

在纵扭与弯曲超声变幅杆中，超声波信号通过传感器引入杆中，经过杆的纵扭和弯曲作用后，再由传感器接收并转化为电信号。

根据传感器接收到的电信号，可以计算出材料中的超声波信号参数。

接下来，根据工作原理，对纵扭与弯曲超声变幅杆的设计要点进行了总结。

设计要点包括传感器的选择和布置、杆的材料和结构设计等。

最后，通过实验验证了纵扭与弯曲超声变幅杆的性能。

结果与讨论：实验结果表明，纵扭与弯曲超声变幅杆具有较高的测量精度和稳定性。

在不同材料中进行的超声波信号测量中，纵扭与弯曲超声变幅杆均能准确获取超声波信号的参数。

此外，纵扭与弯曲超声变幅杆的设计要点对其性能影响较大。

合理选择传感器和设计杆的结构可以提高纵扭与弯曲超声变幅杆的测量精度和稳定性。

结论：本文通过对纵扭与弯曲超声变幅杆的设计研究，分析了其工作原理和设计要点，并通过实验验证了其性能。

研究结果表明，纵扭与弯曲超声变幅杆具有较高的测量精度和稳定性，适用于材料中超声信号的测量。

这对于材料科学和工程结构的研究具有重要的意义，为相关领域的研究和应用提供了一种有效的测量手段。

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。

单一变幅杆的设计分析

ＳＨＡＮＧｎｈＣＡＩＸｉｏｕ，ＵａｇｈｎＧＡＯｕＹａｚｉ，ａｊｎＬＩＸｉｎｃｅ，Ｊ。（．ｐｒｍｅｔｏｃａｉａｎｉｅｒｇｅｊｇＩｓｉｕｅｏｔｏｈｍｉａｃｎｌｇＢｉｎ０６７ｈｎ１ＤｅａｔｎｆＭｅｈｎｃｌＥｇｎｅｉ。ＢｉｎｎｔｔｔｆＰｅｒｃｅｃｌＴｅｈｏｏｙ，ｅｊｇ１２１，Ｃｉａｎｉｉ
Ｋｅｒｓ：ｌｒｏｃｔａｆｍｅ，ＤｅｉｙｗｏｄＵｔａｓｎｉｒｎｓｏｒｒｓｇｎ，Ｒｅｏｎｎｃｑｔｏｎｓａｅｅｕａｉ
超声变幅杆外形通常为变截面杆，是超声加工处理设备中超声振动系统的重要组成部分之一
２．Ｆｕｄｍｅｔｌｎｕｔｉｌａｎｎｎｅ，ｉｇｕｉｅｓｔ，Ｂｅｉｇ１０８ｎａｎａｄｓｒａｉｉｇＣｅｔｒＴｓｎｈａＵｎｖｒｉｙＩＴｒｉｎ００４，Ｃｈｎ）ｊｉａ
ＡｂｔａｔＵｌａｏｉｔａｓｏｍｅｎｉｏｔｎａｔｆｈｙｔｍｌａｏｉｃｉｎｑｉｍｅｔｓｒｃ：ｔｓｎｃｒｎｆｒｒｉａｒｓｍｐｒａｔｐｒｅｓｓｅｉｕｔｓｎｃｍａｈｎｇｅｕｐｎ．Ｔｈｐｔｃｕｄｂｌｏｔｎｒｉｅｉｕｏｌｅｅｌｎ
输入端的速度比值；状系数是衡量变幅杆所能形
达到的最大振动速度的指标之一，仅与变幅杆的它
几何形状有关，值越大，通过变幅杆所能达到的最大振动速度越大。输入力阻抗定义为输入端策动力与质点振动速度的复数比值。在实际应用中常常要求输入力阻抗随频率及负荷的变化而变化的幅度要小；弯曲劲度是弯曲柔韧性的倒数，曲劲度也与变弯幅杆的几何形状有关。变幅杆越长，曲柔顺性越弯

超声焊接圆锥复合变幅杆的设计与分析王立冰

超声焊接圆锥复合变幅杆的设计与分析王立冰发布时间：2021-08-16T09:21:40.277Z 来源：《防护工程》2021年13期作者：王立冰[导读] 随着经济和科技水平的快速发展，超声变幅杆是实现换能器到负载之间的聚能、振幅放大、阻抗匹配的关键部件，在超声塑料焊接领域应用广泛。

身份证号码：371522198****20819摘要：随着经济和科技水平的快速发展，超声变幅杆是实现换能器到负载之间的聚能、振幅放大、阻抗匹配的关键部件，在超声塑料焊接领域应用广泛。

因加工领域、加工对象不同、材料不同，变幅杆形式多种多样，缺乏面向工程应用的、统一的、高效的设计、实验方法，在实际工程应用中是一个难点。

随着大功率超声器件在工业领域的广泛应用，国内外学者对各种类型的超声变幅杆进行了大量的理论分析和实验研究。

国外学者从上世纪四五十年代起就开展了超声加工的研究，近年来，在复合超声变幅杆的设计、有限元分析、加工热弹性响应、优化设计、实验分析、疲劳分析、受载安全评估等方面进行了大量的研究，研究领域渗透到超声振动切削技术，超声复合加工技术硬脆复合材料高精密加工等技术领域。

关键词：圆锥复合变幅杆；参数计算与建模引言超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件。

利用特征参数进行理论计算对超声变幅杆进行了设计。

基于有限元分析软件 ABAQUS 对阶梯形超声变幅杆进行了模态分析，得到了符合设计要求的模态振型及固有频率，进行了谐响应分析，针对结果中出现的变幅杆应力集中现象在截面突变处添加过渡圆弧进行优化设计。

最后，分析了不同半径的过渡圆角与变幅杆固有频率及最大应力的关系，结果表明，增加过渡圆弧可以改善应力集中现象，避免疲劳断裂达到优化设计的目的。

1设计基础资料设计内容来源于一款耳机外罩防尘钢网超声焊接的工程项目，设计需求是将防尘钢网及防尘薄膜焊接至耳机外罩上，设计特点上防尘钢网尺寸较小，耳机焊接孔避空尺寸较小，焊接深度较浅，需求高频率，低振幅就可以完成焊接过程，因此超声焊接可选用 40kHz 的频率发生器及与之配套的超声换能器，耳机防尘钢网焊接工作需求图及超声频率发生器、超声换能器。

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。

一种新型医用清创超声波变幅杆设计

ＤｅｉｎｏｓｇｆＡｍｐｉｕｒｆｒＮｅｌｔｄｅＢａｏｗ－ｔｐｅｉａｔａｏｉｂｉｅｅｔＩｓｒｙｅＭｄｃｌＵｌｒｓｎｃＤｃｅｇＡＮＪｎ．ＥＺ— ｈｎ
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性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆

性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆林书玉;唐一璠;徐洁【摘要】提出了一种基于压电效应的性能可调纵向振动圆锥形超声变幅杆,并对其振动性能进行了研究.该变幅杆由传统的圆锥形超声变幅杆和压电陶瓷材料组合而成.论文研究了圆锥变幅杆中压电陶瓷材料的厚度、位置以及电阻抗的改变对变幅杆性能参数的影响,并进行了数值模拟仿真及实验验证.结果表明,通过改变压电陶瓷材料的厚度、位置和电阻抗值,可以实现变幅杆共振频率和位移放大系数的改变.理论计算结果与数值模拟值和实验测试值符合得很好.%Longitudinal conical ultrasonic horn with adjustable vibrational performance based on piezoelectric effect is proposed and studied. It is composed of the traditional ultrasonic horn and the piezoelectric material. By changing the electric impedance connected to the piezoelectric material, the vibrational performance can be adjusted. The effect of the electric impedance and the piezoelectric material on the ultrasonic horn is analyzed analytically. Meanwhile,the resonance frequency and the displacement magnification are numerically simulated. It is shown that the theoretical results are in good agreement with the numerically simulated and experimental results. It is expected that this kind of ultrasonic horns can be used in high power ultrasonic technology where different vibrational performance is needed.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】8页(P20-27)【关键词】超声变幅杆;性能调节;共振频率;位移放大系数;电阻抗【作者】林书玉;唐一璠;徐洁【作者单位】陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710119【正文语种】中文【中图分类】O426.11 引言超声变幅杆，又称为超声波聚能器、超声波机械变压器以及超声波固体实心喇叭，是功率超声振动系统中一个独特的组成部分。

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。

超声变幅杆设计资料之欧阳美创编

毕业设计（论文）开题报告时间：2021.01.01创作：欧阳美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，工欧阳美创编 2021.01.01欧阳美创编 2021.01.01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]。

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范围内变化，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，扩大适应温度范围，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。

一种新型医用清创超声波变幅杆设计

一种新型医用清创超声波变幅杆设计
谭荆;冯子成
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2009(030)001
【摘要】目的:研制一种新型医用超声波清创机,根据超声波在清创运用的特点设计变幅杆.方法:根据清创机的具体要求,运用先进的电子设计手段设计变幅杆超声声强阀值、变幅杆振动幅度、传播的近场距离等.结果:超声波变幅杆达到各种技术指标,采用钛合金材料,具有耐腐蚀,抗疲劳的优点.结论:设计出的变幅杆在清创机中运用效果良好,证明了设计的合理性.同时,根据不同的使用条件和病例还可以设计出其他金属材料变幅杆.
【总页数】3页(P34-36)
【作者】谭荆;冯子成
【作者单位】重庆工商大学,计算机与信息工程学院,重庆,400020;重庆工商大学,计算机与信息工程学院,重庆,400020
【正文语种】中文
【中图分类】TH77
【相关文献】
1.一种新型清创车的设计与应用 [J], 邹晓华;张建萍
2.介绍一种新型医用超声波震动混合器 [J], 夏顺珍;顾小花;秦康生
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4.一种新型圆锥变幅杆的节点设计与试验分析 [J], 刘俊利;丁龙;闫艳燕;张青华;王华伟
5.介绍一种新型医用超声波震动混合器 [J], 夏顺珍; 顾小花; 秦康生
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