超声变幅杆设计.doc

超声变幅杆设计
超声变幅杆设计
超声变幅杆设计
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
超声变幅杆设计
超声变幅杆设计
超声变幅杆设计
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。
　　　　 　 　
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超声变幅杆设计
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超声变幅杆设计
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：
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。
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。
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
ﻬＡBSTRAＣT
Ｓｔａrtiｎg 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:
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.
Using 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 ge