開斜槽縱－扭復(fù)合振動階梯形變幅桿設(shè)計

段翠芳，張敏，吳豪瓊

(河南機電高等專科學(xué)校機電工程系，河南新鄉(xiāng)453003)

近年來，隨著超聲技術(shù)研究的深入，復(fù)合振動模態(tài)超聲加工技術(shù)受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍重視。目前，實現(xiàn)縱－扭復(fù)合振動的途徑按實現(xiàn)原理的不同基本分為兩大類:一類是通過轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，另一類是利用縱向振動換能器和扭轉(zhuǎn)振動換能器同頻雙激勵實現(xiàn)［1－2］。轉(zhuǎn)換器在模型理論構(gòu)建方面比較困難;而換能器的功率有限，且縱、扭兩相不易同頻調(diào)諧。文中基于聲波傾斜入射到鋼/空氣界面時聲波的傳播理論，設(shè)計一種帶斜槽傳振桿的階梯形復(fù)合變幅桿。通過數(shù)值分析方法研究階梯形復(fù)合變幅桿的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對其諧振頻率和振動特性的影響規(guī)律，從而提供一種縱－扭復(fù)合振動變幅桿的簡明設(shè)計方法。

1 開斜槽傳振桿縱-扭復(fù)合振動機制

采用在圓環(huán)傳振桿上加開沿軸向均布斜槽的方法來實現(xiàn)縱－扭復(fù)合振動，原理如圖1 所示。因縱波在空氣中傳播發(fā)生較大的能量損耗，所以當(dāng)縱波傾斜入射斜槽時，只考慮反射縱波和反射橫波的影響，忽略二次折射所產(chǎn)生的影響［3－4］。橫波只能在固體中傳播，橫波通過斜槽時只考慮反射橫波。反射縱波和反射橫波與桿的軸線成一定角度，可在桿的軸向與徑向產(chǎn)生兩個分量，其軸向分量使傳振桿作縱向振動，徑向分量則使傳振桿實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動［5－6］。因此，當(dāng)縱波入射到開斜槽傳振桿中時，通過選擇合適的斜槽傾角、斜槽結(jié)構(gòu)和傳播路徑，可使扭轉(zhuǎn)振動與縱向振動相匹配，實現(xiàn)縱－扭復(fù)合振動。……