Page 96 - 《应用声学》2020年第6期

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3.2 动力学特性分析 会更小。这完全满足本课题组自主研发的 TUR 系
之后，将超声振动系统的各部件模型进行装配 列超声电源(搜频范围：±2 kHz)的使用要求。
组合和模态分析，结果如图11(a)所示。采用模态叠
表 1 刀片厚度对超声频率的影响
#
加法对系统进行谐响应分析，并观察 1601 节点的
Table 1 Influence of blade thickness on
动态谐响应特性，如图11(b)所示。
ultrasonic vibration frequency
Vector
Step=1 序号 刀片厚度/mm 振动系统频率/kHz
Sub=3
Freq=35006
U 1 2 34.8
Node=97
Min=0.060989
Max1=1.938 2 3 35.006
3 4 35.288
4 实验测试

4.1 振动特性测试
0.060989 0.269598 0.478207 0.686817 0.895426 1.104 1.313 1.521 1.73 1.938
Model asm0120
文献 [17] 指出：横向沟槽微织构比其他几种微
(a) ጸՌവগ
织构形式更能实现减摩、降阻。据此，采用北京中航
1.25
北工研制金属光纤 M20打标机，在圆柱立铣刀的前
1.00 刀面上布置横向沟槽织构，沟槽参数分别为沟槽宽
度50 µm，跨距100 µm，深度13 µm，如图12所示。
૝ࣨ/mm 0.50 ᪫݀Z100:T100
0.75

0.25
1 [50 mm]
0
30 32 34 36 38 40
ᮠဋ/Hz
2 [149 mm]
(b) ៈ־ऄѬౢ
3 [1364 mm]
图 11 超声振动系统的动力学特性
Fig. 11 The dynamic characteristics of ultrasonic
vibration system 50 mm
(a) ෤യࣱ᭧ࡇࠪ
由图 11 可知，超声振动系统的谐振频率为
19.17 mm
35.006 kHz；在该频点激励下，超声系统可以实现 16.43
13.39
10.95
8.215
纵扭复合振动。值得指出，刀具的微观织构和刀具 5.477 19.17 mm
0 2.738
547.7
宏观尺寸不在同一个尺度，难以直接进行有限元分
400.0
析和计算，上述理论计算及有限元分析均没有考虑
200.0
刀具微观织构的影响。从本质来看，在刀具表面进
行微织构相当于是减少了刀片的厚度尺寸。因此， 400.0 200.0 0 mm 0 mm
为了满足设计要求，基于有限元软件进一步研究
37.32 mm
分析了刀片厚度对超声系统固有频率的影响规律，
如表 1所示。 0 304.7 mm
通过表 1 可知：刀片厚度尺寸变化对刀具固有 (b) ෤യʼ፥ॎ᠂
频率的影响在 282 Hz 以内。据此可知：刀片表面微 图 12 横向沟槽微织构
观织构的尺寸参数对振动系统固有频率的影响将 Fig. 12 The transverse groove micro texture