Page 102 - 《应用声学》2022年第3期

424 2022 年 5 月

第一部分换能器由 6 段组成，如图 6 所示。第
15 一段为空心圆柱体，其长度、面积、外圆半径、内孔
10 半径分别为 L 1 、s 1 、R 1 、r 1 ；第二段为空心压电陶瓷
5 组，其长度、面积、外圆半径、内孔半径分别为 L 2 、
z/mm 0 s 2 = s 1 、R 2 = R 1 、r 2 = r 1 ；第三段为空心圆柱体，

-5
其长度、面积、外圆半径、内孔半径为 L 3 、s 3 = s 1 、
-10
R 3 = R 1 、r 3 = r 1 ；第四段为指数过渡段实心圆柱
-15
2 体，其长度、大端和小端面积、大端和小端外圆半径
0
15 10 5 0 -5 -10 -2 x/mm
y/mm -15 为 L 4 、s 4左 = s 1 、s 4右 = s 5 、R 4左 = R 1 、R 4右 = R 5 ；
(a) ˀࣜᡔܦ૝ү
第五段为实心圆柱体，其长度、面积、外圆半径为
L 5 、s 5 、R 5 ；第六段全螺柱长度、面积、外圆半径为
L 6 、s 6 、R 5 = R 6 ；其中L 6 = L 1 + L 2 + L 3 。
15
10
+
5 1 2 3
z/mm 0
-5 4 5
S  S  L  S 
-10
-15
2
0
-2 y/mm -
-15 -10 -5 0
5 10
x/mm 15 L  L  L  L  L 
(b) ࣜᡔܦ૝ү
1. Ցᄦ౜; 2. ԍႃᬝၬ; 3~5.—Ғᄦ౜ 6. Лᛃጯᛃಏ
图 4 超声辅助超精研滚道的工作面
图 6 复合换能器的结构简化图
Fig. 4 Working face of ultrasonic assisted super-
Fig. 6 The structure diagram of assembled trans-
finishing raceway
ducer
2 复合振动系统的振动模式及频率方程 第二部分传输杆与第三部分工具头的纵弯复
合振动模式简图，如图 7 所示。换能器输出的单 -纵
2.1 振动模式分析
波在第二段传输杆中是以纵向振动的方式传播，当
为了满足微型轴承内沟道超精加工的尺寸要 其传播到第三段工具头时，由于工具头厚度尺寸小
求，本文基于纵波传播理论，提出一种带工具头的超 于长度尺寸，部分纵波演变为横波，最终形成纵弯复
声振动系统。如图 5 所示，该系统由 3 大部分组成： 合振动。
第一部分为 1/2 波长指数过渡复合换能器；第二部
͜ᣥీ ࢺЦ݀
分为 1/2 波长的传输杆；第三部分为 1/2 波长的工
具头。

ܭՌ૱ᑟ٨ ͜ᣥీ ࢺЦ݀

+
图 7 传输杆 -工具头振动模式简图
Fig. 7 The vibration mode diagram of transmis-
sion rod and tool head
2.2 频率方程
-
此处，为了简化振动系统的传输杆 -工具头设

图 5 振动系统的结构简化图 计过程，基于半波叠加原理，将其分别按照 1/2纵波
Fig. 5 The structure diagram of composite vibra- 波长进行设计计算。同时，基于装配便捷性考虑，将
tion system 传输杆与复合换能器按一体化加工制造。