指数形变幅杆快速设计与谐振特性实验分析.pdf

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1、第1O期机械设计与制造2013年10月MachineryDesign&Manufacture187指数形变幅杆快速设计与谐振特性实验分析刘芳芳，吕明，秦慧斌，王时英(太原理工大学机械『I二程学院，山西太原030024)摘要：针对超声变幅杆种类多且各项参数计算较复杂和繁琐的问题，运用VB与MATLAB两种软件工具相结合的手段开发了指数形变幅杆参数计算软件；并以solidworks为平台，利用VB调用SolidWorks的API函数通过参数驱动实现指数形变幅杆在So!idWorks中自动生成三维模型，从而完成指数形超声变幅杆的快速设计。设计加工了大、中、小截面指数形变

2、幅杆，通过对有限元模态分析结果和锤击法模态实验结果的对比分析，从而验证了设计方法的准确性，为超声变幅杆快速系列化设计提供了参考。关键词：超声变幅杆；参数化设计；谐振频率；模态分析中图分类号：TH16；V261．92文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)10—0187—04RapidDesignandExperimentAnalysisofResonantBehaviorofExponentialHornLIUFang—fang，LVMing，QINHui—bin，WANGShi—ying(CollegeofMechanicalEngineering

3、，TaiyuanUniversityofTechnology，ShanxiTaiyuan030024，China)Abstract：Itisverycomplicatedandtedioustodesigntheseparametersofultrasonicamplitudehorninultrasonicmachining．TheSoftwarecalculatesparametersofexponentialhorndevelopedbymeansofcombiningVBandMATLAB．Therapiddesignofexponentialultras

4、onichorn，ba~edontheplatformofSolidWorks，isachievedbyutilizingVBtocalltheAPIfunctionofSolidWorkswhichcangenerateathree——dimensionalmodelofhornautomaticallyinSolidWorksbyparameter——driven．Threecircularcross-sectionexponentialhornincludingbig，mediumandsmallsizesweredesignedandmachined．hc

5、omparedandanalyzedthefiniteelementmodalaualysisresuhsandhammermethodmodalexperimenta!results，toverifytheaccuracyofthedesignmethod，andprovidedareferencefortherapidseriesdesignofultrasonicamplitudehorn．KeyWords：UltrasonicAmplitudeHorn；ParametrizationDesign；ResonantFrequency；ModalAnalysi

6、s1引言2指数形变幅杆纵向振动的理论计算在超声加工中，超声振动系统一般由超声波发生器、换能器、横截面为圆截面的指数形变幅杆，如图1所示。变幅杆以及加工工具或工件组成；是超声加工工艺系统的核心，其性能直接影响整个工艺系统性能的优劣。超声变幅杆是超声振动系统的一个重要组成部分，为了准确地十出—个超声振动系统，必须在设计过程中确定好变幅杆的各种参数。但是，由于变幅杆的种类很多，如圆锥形变幅杆、指数形变幅仟、悬链形变幅杆以及阶梯形等各种复合式变幅杆，且每一种类的各项参数计算较复杂繁琐_1I。且三维CAD已经在企业中广泛应用，三维造型设汁取代二维平面设计是工1指数彤超声变幅

7、杆程十的必然趋势。因此，研究和开发—个基于计算机辅助设计工Fig．1ExponentialTypeUltrasonicHorn具的变幅杆谢十i—软件，可以较陕地计算出各种类型的变幅杆的指数形变幅杆大、小端半径为R、R：，面积为S=1T、51=耵：。主要参数，以提高变幅杆的设计效率。以指数形变幅杆为例，运用以大端圆心为坐标原点，轴向为轴正向，则半径和面积变化函VB与MATLAB两种软件工具相结合的手段，开发—个超声变幅杆参数计算软件；并以SolidWorks为平台，利用VB调用SolidWorks数分别为：R：Re肛，S=S．e(1)的API函数通过参数驱动实现了超

8、声变幅杆的