圓錐懸鏈線形復合變幅桿的設計

鞏建輝，王晨豐，吳承啟

（商洛職業技術學院，陜西商洛 726000）

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變幅桿又稱為聚能器，是超聲換能器裝置中的一個重要部件，其主要功能是振幅放大和阻抗匹配。在超聲加工系統中，為了提高加工效率，要求換能器的前端輸出較高的振動速度或位移振幅。但是對于一般的換能器振子，無論采用壓電式振子還是磁致伸縮振子，它們端面產生的振動速度或位移振幅較小，不能夠滿足實際加工的要求，這就需要在換能器振子的端面上安裝變幅桿來提高位移振幅。針對不同的加工對象，對變幅桿的性能要求越來越高，為此對變幅桿的設計研究一直是廣大學者關注的熱點，從單一形狀變幅桿到復合變幅桿，從單級變幅桿到多級變幅桿，不斷地對變幅桿性能進行優化，以獲得較高放大倍數和形狀因數的變幅桿為最終目標。靳濤等[1]將圓柱和圓錐桿進行組合，對圓柱圓錐復合變幅桿進行了研究；封志斌等[2]研究了懸鏈線過渡的復合形變幅桿；孫濤等[3]設計了正弦圓柱形復合變幅桿，該變幅桿的放大倍數和形狀因數皆優于階梯形變幅桿；李井等[4]運用替代法研究了冪函數形復合變幅桿。本文將放大性能良好的懸鏈線桿和形狀因數較高的圓錐桿進行組合，提出了一種新型的半波長復合變幅桿，即圓錐懸鏈線形復合變幅桿，運用四端網絡法對變幅桿進行理論設計，得出了頻率方程、放大倍數和節點位置等重要參量，并利用ANSYS軟件對其進行模態分析和諧響應分析，有限元分析結果與理論解算值基本吻合。……