狹縫式環(huán)形超聲聚能器徑向振動特性研究.pdf

1、目前在金屬塑性加工領(lǐng)域，為使產(chǎn)品質(zhì)量滿足更高的要求，常采用在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上對工具施加超聲振動的方式，如超聲冷拉拔金屬管、絲等，需要在拉拔的同時對模具施加超聲振動。超聲拉拔能減少拉拔能量消耗，具有顯著的節(jié)能效果。同時產(chǎn)品的表面質(zhì)量、成材率及拉拔道次等多種方面相對于傳統(tǒng)拉拔效果有較大提高。目前，超聲拉拔技術(shù)主要采取縱向（材料拉拔方向）施加超聲振動，由于縱向面積較小，難以實現(xiàn)大功率合成（因能連接的超聲振子數(shù)量少）。而在超聲波拉絲技術(shù)中，有學(xué)者

2、對正交復(fù)合振動超聲冷拉拔金屬絲進(jìn)行了研究。該方法的特點是在材料縱向及橫向（半徑方向）同時施加超聲振動。該研究表明，正交復(fù)合超聲振動拉拔相比于單一縱向拉拔，在減少拉拔力、提高拉拔效率及改善材料表面質(zhì)量等諸多方面具有更顯著的優(yōu)點。但目前的正交系統(tǒng)，在橫向方向施加的超聲振動不均勻。為此，本文提出一種狹縫式環(huán)形超聲聚能器。該聚能器的特點是沿其半徑方向透開一系列的狹縫。此方法既改善了聚能器的機(jī)械性能;又增加驅(qū)動超聲換能器數(shù)量，從而能大幅提高超聲功

3、率的合成容量。并在超聲拉拔管材等工程技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。
　　本文首先對環(huán)形聚能器的徑向振動特性進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了聚能器做純徑向振動時的機(jī)電類比等效電路方程及位移振幅放大系數(shù)，并進(jìn)行了數(shù)值仿真分析和實驗驗證，最后在聚能器徑向合成幾個（三個及以上）微型PZT4壓電片對其共振頻率進(jìn)行了測量。碩士期間主要進(jìn)行了如下工作:
　　1.研究了薄盤及厚盤環(huán)形聚能器的等效電路、徑向振動共振頻率方程及其位移振幅放大系數(shù)。運用大型通用有限元

4、軟件ANSYS對其徑向振動特性進(jìn)行了仿真分析，比較了兩者間的相同及不同之處。
　　2.建立了沿徑向開扇形狹縫的環(huán)形聚能器模型，對其徑向振動機(jī)電類比等效電路進(jìn)行了推導(dǎo)，得出其徑向振動共振頻率方程，研究了其在不同內(nèi)外半徑比下的位移振幅放大系數(shù)曲線，對其進(jìn)行了仿真分析。理論及有限元結(jié)果比較吻合。
　　3.研究了聚能器的狹縫長度、寬度及角度對聚能器對其第1、2階徑向共振頻率及其徑向位移振幅放大系數(shù)的影響。給出了聚能器的位移振幅放大系

5、數(shù)隨狹縫尺寸參數(shù)的改變而改變的規(guī)律，從而得出了其優(yōu)化設(shè)計方法。
　　4.研究表明，聚能器的第1階徑向共振頻率隨其半徑比增加單調(diào)下降，而第2階共振頻率隨半徑比變化存在極小值;聚能器的徑向共振頻率隨狹縫長度、角度及數(shù)目的增加而降低;但其徑向位移變幅比分別在第1階振動由內(nèi)向外傳輸及第2階振動由外向內(nèi)傳輸時隨狹縫長度、角度及數(shù)目的增加而增大。此外，第2階徑向振動相比于第1階徑向振動可獲得較大的內(nèi)外位移振幅放大比。
　　5.在理論與實