Page 75 - 《应用声学》2021年第4期

第 40 卷 第 4 期 周瑞峰等： 旋转超声磨削平行砂轮复合变幅器设计与试验 559

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3 2 ขРᄨͯᎶ
ᆋᣃ૝үவՔ φ/mm -1 1 0 20 40 60 80 100 z/mm

-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
(a) 28756 Hzʾᄊៈ૝വগ (b) 28756 Hzʾԫࣨీᄊ૝ࣨజጳ
图 5 复合变幅器
Fig. 5 Composite amplitude transformer

0.486 阻抗曲线仅可得到一对极小值和极大值，相位角曲
0.335 线呈现明显的 “几” 字形，这表明换能器与复合变幅
૝ࣨ/(10 -5 m) -0.123 r=27.13 mm r=44.57 mm 杆在连接面处接触状况良好，所施加预紧力合适。
0.182
0.029
且超声振动系统机械品质因数较好，表明声电转化
-0.276
-0.429
-0.582 率高。由此证明本设计的复合变幅杆结构和尺寸较
-0.735 合理。在图 8 的参数栏中，该谐振系统的谐振频率
-0.888
-1.041 为28495 Hz，误差为1.77%，这说明该超声振动系统
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
ᆋᣃӧय़ r/(10 -2 m) 的工作频率与换能器本身的工作频率相差很小，谐
图 6 平行砂轮谐响应分析振幅曲线 振系统可以处于一个比较理想的工作状态。
Fig. 6 Harmonic analysis of parallel grinding wheel

4 复合变幅器的谐振特性试验

4.1 阻抗特性测试试验
通过上述的有限元仿真分析验证了设计的可
行性，依据表 2 的复合变幅器尺寸参数进行变幅器
各部分零件的加工，并将其组成了谐振系统，使用
PV70A型阻抗分析仪进行了阻抗分析试验，具体的
阻抗测试装置如图 7 所示，得到的测量结果如图 8
所示。 图 8 阻抗测试结果
Fig. 8 Result of impedance analysis test

4.2 谐振试验分析
为了研究该谐振系统的谐振特性，将谐振系统
与导电滑环和刀柄套筒进行装配得到了如图9 所示
的超声刀具系统，并通过超声谐振试验为进行超声
磨削试验做准备。将超声波电源、谐振系统、示波器
图 7 阻抗分析试验 等试验设备连接完毕后，启动超声波电源，通过调
Fig. 7 Impedance analysitest 频螺母使得超声波电源正常工作，整个谐振系统振
通过得到的阻抗测试结果分析得到，该谐振系 动的声音较小且没有异响，利用示波器测得谐振系
统的导纳曲线为一个完整的单圆，对数坐标系中的 统的谐振频率约为 28889 Hz，表明该谐振系统稳定