超声辅助珩齿装置的设计理论与振动实验研究

论文摘要

超声波辅助珩齿，是在长期从事超声波理论和应用及硬珩齿工艺和刀具研究的基础上提出来的。将超声波理论应用于硬珩齿加工过程，旨在利用其高频振动提高了珩磨效果，使珩齿工艺的特点得到充分的发挥；既克服了磨齿效率低的问题，又克服了软珩齿加工中无法修形的问题；同时也拓宽了超声波理论的应用领域。振动系统的设计是该课题的一个关键技术。本文提出了一个适用的振动系统模型，由变幅杆和齿轮组成一个复合振动系统，将超声波的传递方式，由纵波变为横波，齿轮作圆盘弯曲振动，使齿轮的磨削区域得到较大的振动位移。首先，在查阅、综述国内外有关珩齿加工和超声波加工研究资料和成果的基础上，阐述了超声波辅助珩齿的目的和意义。接着，从超声波辅助珩齿的基本理论出发，分析了能量在超声振动系统中的传递特性。其中基本理论包括机械阻抗、力电类比、弹性介质参数和共振理论等。然后，提出了振动系统的构成，即圆锥形变幅杆与圆盘组成的复合振动系统。在总结了变幅杆设计方法的基础上，运用解析法和有限元法，分析了圆锥形变幅杆的参数关系；借助有限元软件ANSYS分析了振动圆盘理论，为复合振动系统的设计提供了理论基础；并设计了一个符合要求的复合振动系统。随后，用实验验证了设计理论的正确性。有两个实验，一个是振动实验，将换能器、变幅杆和圆盘(模拟齿轮)依次连接起来，进行振动实验，借助细砂来观察圆盘弯曲振动波节圆的分布；另一个是振动特性实验，借助振幅测量系统，分别测量沿圆盘径向不同点的振幅，得出振动位移沿径向分布曲线。最后，进行工作总结和展望，提出研究工作的不足之处以及今后的工作方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 珩齿工艺概述及发展现状
• 1.2.2 超声加工技术特点与概况
• 1.2.3 超声振动在齿轮加工中的应用
• 1.3 超声波辅助珩齿工艺的提出及意义
• 1.4 本论文所做的工作
• 第二章 超声波辅助珩齿系统的理论分析
• 2.1 超声波辅助珩齿系统基础理论
• 2.1.1 机械阻抗与导纳
• 2.1.2 机械元件的机械阻抗
• 2.1.3 力电类比（阻抗型力电类比）
• 2.1.4 弹性介质参数
• 2.1.5 共振理论
• 2.2 超声波辅助珩齿的系统组成
• 2.2.1 超声电源
• 2.2.2 超声换能器
• 2.2.3 超声变幅杆
• 2.2.4 齿轮
• 2.3 超声波能量传递特性
• 2.3.1 超声能量在超声振动系统中的传递
• 2.3.2 影响超声能量传递的重要因素
• 2.3.3 提高超声能量传递效率的结论
• 2.4 本章小结
• 第三章 超声波辅助珩齿振动系统的理论分析与设计
• 3.1 超声波变幅杆的设计方法
• 3.1.1 传统解析法
• 3.1.2 等效电路法
• 3.1.3 机械阻抗相等法
• 3.1.4 传输矩阵法
• 3.1.5 有限元法
• 3.1.6 其它方法
• 3.2 圆锥形变幅杆的设计
• 3.2.1 单一变幅杆的特性参数
• 3.2.2 变幅杆类型与材料的选择
• 3.2.3 圆锥形变幅杆的理论分析
• 3.3 振动圆盘的理论分析
• 3.4 复合振动系统的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 振动系统的实验分析
• 4.1 圆盘振动实验
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验过程
• 4.1.4 实验结果
• 4.2 圆盘振动特性实验
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 测试原理
• 4.2.3 测试系统
• 4.2.3 实验测量系统的建立
• 4.2.4 实验结果与数据分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文