讲解稿：超声变幅杆连接结构

声变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分，它主要在振动系统中把机械振动的质点位移或速度放大(改变换能器的振幅(一般是增大)、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。)，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。同时，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，让它在谐振频率工作，提高了电能转换为声能的转换效率，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。

2.

超声振动辅助模压加工，要求超声能量尽可能多地传递到工具端面部分，因而较好的变幅杆连接结构应尽可能多地实现超声能量的定向传递。由于连接结构的不同，将导致超声波在分界面处的传播规律有所差异，所以有必要从超声能量传递的角度出发，分析一下各种连接结构的超声能量传递效果。

传统连接结构。

径向定位靠一段圆柱面，超声能量传递主要靠大圆柱的上端面与其他构件紧密配合进行。

刚刚曾提到过的，由于连接结构的不同，将导致超声波在分界面处的传播规律有所差异。在传统的链接结构中，由于分界面两边的特性阻抗不一样，一般来讲会有一部分超声波反射回去，另一部分投射入媒质2中。

锥面链接结构。

由于变幅杆与连接构件之间是螺纹连接，以圆柱面定位只能采用数值较大的间隙配合，导致变幅杆与连接构件之间的同轴度较差，因而传统连接结构不能满足旋转超声加工的精度要求，特别是两级或多级变幅杆连接之后，工具端面的径向跳动较大，锥面定位的变幅杆连接结构可解决上述问题。

锥面定位的变幅杆，在连接分界面处超声波为斜入射，是否存在波形转化，这是必须考虑的问题。已有资料证明在分界面处前后材料相同的情形下，纵向入射的超声波呈直线方式直接进入第二种介质，如同没有分界面存在一样。

但是，锥面连接会导致一个问题——超声能量传递面积减小，前一级杆件的前端面有部分悬空，该部分的超声能量形成全反射，与入射波一起形成驻波，导致一部分超声能量在该杆件中来回传递，最终变成热能，损耗在该杆件中，因而锥面定位不能实现超声定向传递的能量最大化。

两面定位结构。

锥面定位的变幅杆能较好地解决超声振动系统的垂直精度问题，但不能最大化地实现超声能量的定向传递。结合传统定位和锥面定位的优点。故提出了两面定位的变幅杆连接结构，该种连接结构利用锥面进行径向定位，利用圆柱体的上端面进行超声能量传递，理论上可同时满足垂直精度和超声能量传递两方面的要求。

两面定位如何实现实现，采用的是分解组合的方法，首先实现良好的锥面定位，然后精确测量两个圆柱端面之间的距离，加工一个垫片放入两个端面之间，从而实现轴向定位。

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总结。

1）在系统良好谐振的情形下，传统结构变幅杆的输出超声能量最大(其次是两面定位的变幅杆，最小的是锥面定位变幅杆。

2）同时兼顾超声能量传递和回转精度两方面要求，两面定位的变幅杆最为理想。