模式转换型超声换能器纵-扭复合振动的实现及特性研究

摘要

当前，随着科学技术的不断进步，特别是在航空航天高精端技术方面，对材料的要求越来越高。传统的机械加工方法对一般的材料可以顺利加工，但对于一些特殊的材料，例如脆硬性材料，加工效果就变得很不理想了，很难满足加工要求。超声加工技术不仅对常用的机械加工材料有很好的加工效果，还对特殊的材料有很好的加工效果，尤其是脆硬性材料。目前，一维的超声加工在实际应用中比较普遍，技术较为成熟。但随着加工质量要求的提高，一维超声加工已经满足不了生产需要，二维超声加工以其高加工效率、高加工质量的特点，越来越受到重视。
　　纵-扭超声加工是二维加工中比较重要的一种加工方式，国内外学者都对这种复合加工技术做过研究。超声换能器是超声加工系统中很重要的一个组成部分，它可以直接输出振幅，但输出的振动一般是一维的。本文主要对模式转换方式实现纵-扭二维加工的超声换能器进行研究。
　　首先对夹心式超声换能器的工作原理做了阐述，然后在此基础上分析了能实现纵-扭复合振动的工作机理，并研究矩形螺旋槽结构超声换能器实现纵-扭振动的可行性。得到了螺旋槽几何尺寸即槽深、槽宽、螺距对超声换能器相关性能参数的影响，通过仿真分析，结果表明：槽深对超声换能器谐振频率的影响具有一定的规律性，槽宽对超声换能器谐振频率的影响没有严格的规律性，谐振频率随着螺距的增大而升高。
　　试验研究了螺栓预紧力对纵-扭超声换能器性能的影响。通过计算预紧力的合理范围，试验研究考虑螺栓预紧力的条件下纵-扭复合压电超声换能器的振动特性，得到了换能器频率、动态电阻、品质因数、纵-扭振幅等参数受预紧力影响的规律。合理的螺栓预紧使换能器实际共振频率更接近理论频率并获得较理想的纵-扭振幅，同时也验证了理论设计的合理性。对纵-扭超声换能器试件做了实验检测，结果表明实验值与理论、仿真较吻合。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超声振动系统的研究现状

1.3 本课题主要研究内容

2 纵-扭超声换能器的设计理论

2.1 超声换能器的组成

2.2 超声换能器各组成部分材料

2.3 纵-扭超声换能器的振动机理

2.4 本章小结

3 纵-扭压电超声换能器的理论计算与仿真

3.1 无螺旋槽超声换能器理论分析

3.2 带螺旋槽结构超声换能器仿真分析

3.3本章小结

4 纵-扭压电超声换能器的加工及实验研究

4.1 实验的相关设备

4.2 实验结果及分析

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历

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