斜槽式超声传振杆的纵弯复合振动及其等效电路

摘要

基于棒的横振动方程和力电类比原理推导了均匀细棒弯曲振动的等效电路,通过引入纵向与弯曲振动之间的机械转换系数,建立了斜槽式超声传振杆纵弯复合振动的机电等效电路并推导其共振频率方程。通过等效电路法和有限元仿真分析了不同倾角斜槽超声传振杆的纵弯复合振动共振频率。结果表明:随着斜槽倾角的增加,理论和仿真计算所得共振频率的偏差逐渐增大,在斜槽倾角大于30°时,二者的相对误差达10%以上。通过有限元仿真分析了斜槽的位置、间距、长度和倾斜角度对斜槽式超声传振杆纵弯复合振动特性的影响,发现斜槽在距左端面38.5 mm、两斜槽间距10 mm时斜槽式超声传振杆具有最佳的纵弯复合振动模态,随斜槽长度和倾角的增加斜槽式超声传振杆的共振频率不断减小,输出端横向与纵向位移之比不断增大。利用激光测振仪测试了斜槽式传振杆纵弯复合振动模态下横向与纵向振动位移,实验测试结果与仿真计算结果一致。