基于非接觸能量傳輸?shù)男D(zhuǎn)超聲波加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)超聲波加工是一種精密、高效的硬脆材料及復合材料加工方法，研制高轉(zhuǎn)速、高效、大功率旋轉(zhuǎn)超聲波加工設(shè)備是目前研究熱點。相比于傳統(tǒng)非旋轉(zhuǎn)超聲波加工，旋轉(zhuǎn)運動的加入使得超聲能量傳遞與耦合變得復雜和困難，這大大限制了旋轉(zhuǎn)超聲波加工技術(shù)應(yīng)用。基于電磁感應(yīng)的非接觸能量傳輸方式能夠替代傳統(tǒng)碳刷滑環(huán)為超聲振子提供電能，這種非接觸能量傳輸方式安全、穩(wěn)定，且對轉(zhuǎn)速沒有限制。相對于傳統(tǒng)的緊耦合變壓器，非接觸電磁耦合器漏感大，耦合能力較差，使其傳輸效率和傳輸

2、功率受到了限制。其次，旋轉(zhuǎn)超聲波加工過程中切削力的變化常引起振幅衰減，影響了超聲加工效果。
　　為解決以上問題，本文進行了以下幾方面研究工作：
　　1)基于磁阻模型、漏感模型和互感模型，分析非接觸電磁耦合器的耦合機理，分析損耗的類型及產(chǎn)生的原因，優(yōu)化非接觸旋轉(zhuǎn)電磁耦合器磁芯及線圈結(jié)構(gòu)。
　　2)基于真實的超聲振子電學特性，建立電路補償拓撲結(jié)構(gòu)，建立傳輸效率與傳輸功率的數(shù)學模型，建立實現(xiàn)最大傳輸效率的補償元件計算方法，理

3、論和實驗研究補償元件值及其等效內(nèi)阻ESR對能量傳輸性能的影響規(guī)律和影響機制。
　　3)基于最大傳輸效率的電路補償前提下，建立傳輸效率、傳輸功率、電源負載阻抗、補償元件兩端電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系模型，分析線圈匝數(shù)對功率傳輸性能的影響規(guī)律，進而建立控制電源負載阻抗和補償元件兩端電壓的線圈匝數(shù)優(yōu)化方法，在兼顧效率的前提下，實現(xiàn)非接觸供電超聲振動系統(tǒng)的最大功率輸出能力及功率傳輸?shù)陌踩浴?br>　　4)針對旋轉(zhuǎn)超聲波加工過程中切削力不恒定引

4、起的振幅衰減問題，研究切削力對超聲振子電學參數(shù)的影響規(guī)律，研究切削力對傳輸效率、功率和功率因數(shù)的影響規(guī)律和內(nèi)在作用機制，給出能夠?qū)崿F(xiàn)輸出功率隨切削力增大而自適應(yīng)增大的電路補償拓撲和補償元件調(diào)試方法，針對線圈匝數(shù)優(yōu)化后的電磁耦合器，進行軸向切削力對能量傳輸性能影響的實驗研究。
　　5)進行不同功率極限的壓電超聲振子及不同補償狀態(tài)下的非接觸電磁耦合器溫升實驗研究，設(shè)計新型的超聲波加工專用工具夾頭，以實現(xiàn)超聲能量的有效傳遞和刀具的靈活更