縱-扭復合振動超聲深滾加工聲學系統(tǒng)研究.pdf

1、機械結構及零部件廣泛應用在海洋工程、航天航空、電力和冶金等重要領域,且需要較小粗糙度值、較高表面硬度以提高零部件配合精度、增強表面耐磨、耐腐蝕等性能?？v-扭復合振動超聲深滾加工技術集成了常規(guī)的縱向振動超聲深滾加工技術和縱扭共振超聲加工技術的優(yōu)點,既保證了縱向振動超聲深滾加工所產生的大深度高幅值殘余壓應力,適量的加工硬化和金屬表面納米化,又利用了縱-扭復合振動特性來進一步提高零件的加工精度。在縱-扭復合振動超聲深滾加工技術中,超聲聲學系統(tǒng)

2、的設計是其關鍵技術之一。
　　本研究針對縱-扭復合振動超聲深滾加工聲學系統(tǒng)設計難題,沿著兩種設計思路展開研究,使聲學系統(tǒng)在縱向單激勵下實現(xiàn)縱-扭復合振動。
　　首先,從一維波動理論出發(fā),結合縱向振動和扭轉振動波動方程來求解圓錐形復合變幅桿中縱向及扭轉振動同頻共振條件,進而確定縱-扭復合振動超聲變幅桿的頻率設計方程。數(shù)值研究結果表明:選擇合適的幾何結構參數(shù),可利用圓錐形復合變幅桿在縱向單激勵下實現(xiàn)縱-扭復合振動,但縱向振動位移

3、節(jié)點和扭轉振動位移節(jié)點不相同,導致變幅桿或聲學系統(tǒng)的固定困難。
　　然后采用開斜槽傳振桿,由單一縱振模態(tài)誘導出縱-扭復合振動模態(tài),實現(xiàn)縱-扭復合振動,并通過分析其振動特性來確定縱-扭復合振動頻率。數(shù)值研究結果表明,采用縱向振動階梯形變幅桿和開斜槽傳振桿組成聲振系統(tǒng),可以實現(xiàn)縱-扭復合振動,且可在階梯形變幅桿的位移節(jié)點處固定聲振系統(tǒng);聲振系統(tǒng)輸出端的運動軌跡為二維螺旋曲線,且振幅呈周期性。對聲學系統(tǒng)進行測試分析,結果表明該聲學系統(tǒng)振