Page 127 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 吴豪琼等： 斜槽式单激励纵扭超声变幅杆设计 625

by robot[J]. Journal of Nanjing University of Science and
4 结论 Technology, 2019, 43(2): 159–164.
[3] 房善想, 赵慧玲, 张勤俭. 超声加工技术的应用现状及其发展
(1) 本文首先通过理论计算设计，然后使用有 趋势 [J]. 机械工程学报, 2017, 53(19): 22–32.
限元分析法进行分析修正，最终得到变幅杆尺寸。 Fang Shanxiang, Zhao Huiling, Zhang Qinjian. The ap-
plication status and development trends of ultrasonic ma-
该方法可作为设计纵扭声学系统的一种参考方法。
chining technology[J]. Journal of Mechanical Engineering,
仿真结果证明：变幅杆在纵波单激励振动下响应输 2017, 53(19): 22–32.
出的振幅呈周期性，U x 和 U y 方向振动周期约为激 [4] 唐军, 赵波. 单激励纵扭复合超声铣削系统研究 [J]. 振动与冲
励信号周期的10倍，且输出端端面质点的运动轨迹 击, 2015, 36(6): 57–61.
Tang Jun, Zhao Bo. A new longitudinal-torsional compos-
为空间二维曲线。 ite ultrasonic milling system with a single excitation[J].
(2) 根据数值计算和仿真修正得到的尺寸制 Journal of Vibration and Shock, 2015, 36(6): 57–61.
作变幅杆，其阻抗测试结果表明其谐振频率为 [5] 张巧丽, 张建富, 冯平法, 等. 斜槽式超声变幅杆纵扭特性研
究 [J]. 振动与冲击, 2019, 38(10): 58–64.
19884 Hz，与仿真设计谐振频率 19457 Hz 误差率仅
Zhang Qiaoli, Zhang Jianfu, Feng Pingfa, et al. Charac-
为 2.1%；输入 5 µm 的纵向 20 kHz 的超声振动，测 teristics of the longitudinal-torsional vibration of an ul-
试变幅杆切向振幅和纵向振幅分别为 12.7 µm 和 trasonic horn with slanting slots[J]. Journal of Vibration
and Shock, 2019, 38(10): 58–64.
8.5 µm，证明变幅杆实现了纵扭谐振且振幅增强、
[6] Tsujino J, Ueoka T, Kashino T, et al. Transverse and tor-
振型较好。 sional complex vibration systems for ultrasonic seam weld-
(3) 圆截面阶梯型变幅杆增加开斜槽传振杆可 ing of metal plates[J]. Ultrasonics, 2000, 38(1–8): 67–71.
实现纵扭谐振，其尺寸为：大端直径 D = 45 mm， [7] Tsujino J, Ueoka T, Kashino T, et al. One-dimensional
longitudinal- torsional vibration converter with multi-
长度 L 1 = 62.75 mm；小端直径 d = 18 mm，长 ple diagonally slitted parts[J]. Ultrasonics, 2000, 38(1–8):
度 L 2 = 56.75 mm；法兰直径 52 mm 厚 4 mm；传 72–76.
振杆长 L 2 = 30 mm，壁厚 h = 4 mm；斜槽数目 [8] 顾磊, 郑侃, 董松. 纵扭共振旋转超声加工系统设计 [J]. 南京
理工大学学报, 2020, 44(2): 127–133.
n = 6，斜槽与变幅杆轴线夹角 α = 45 ，斜槽长
◦
Gu Lei, Zheng Kan, Dong Song. Design of miniature
l× 宽 b 为 10 mm × 2 mm，斜槽中心距小端面距离 longitudinal-torsional ultrasonic machining system[J].
L 4 = 22 mm。 Journal of Nanjing University of Science and Technology,
2020, 44(2): 127–133.
本文在仿真设计过程中考虑影响变幅杆谐振
[9] 林仲茂. 超声变幅杆的原理和设计 [M]. 北京: 科学出版社,
频率的几何结构参数较少，而且没有总结出开斜槽 1987.
传振杆阶梯型变幅杆理论设计公式，有待进一步探 [10] 郑建新, 侯雅丽. 阶梯形变幅杆数值设计研究 [J]. 机械设计,
索研究。 2015, 32(5): 91–94.
Zheng Jianxin, Hou Yali. Numerical design for stepped
horn[J]. Journal of Machine Design, 2015, 32(5): 91–94.
[11] 周光平. 超声振动系统的纵 -弯和扭 -弯复合振动 [J]. 声学学
参 考 文 献
报, 2001, 26(5): 435–439.
Zhou Guangping. Analysis of longitudinal-flexural and
[1] Feng P, Wang J, Zhang J, et al. Drilling induced tearing torsional-flexural complex-mode vibrations of ultrasonic
defects in rotary ultrasonic machining of C/SiC compos- vibration systems[J]. Acta Acustica, 2001, 26(5): 435–439.
ites[J]. Ceramics Internation, 2017, 43(1): 791–799. [12] 皮钧. 圆环斜槽传振杆的纵扭振动转换 [J]. 机械工程学报,
[2] 郭伟华, 郑侃, 廖文和, 等. 机器人旋转超声铣削铝合金实验 2008, 44(5): 242–248.
研究 [J]. 南京理工大学学报, 2019, 43(2): 159–164. Pi Jun. Longitudinal-torsional vibration converter of
Guo Weihua, Zheng Kan, Liao Wenhe, et al. Experimen- cylinder with multiple diagonal slits[J]. Chenese Journal
tal research on rotating ultrasonic milling aluminum alloy of Mechanical Engineering, 2008, 44(5): 242–248.