基于力耦合的非谐振单元组成的超声变幅器设计

2012-02-13王时英

振动与冲击 2012年11期

王时英，吕明，轧刚

（太原理工大学机械工程学院，太原 030024）

超声在工业、农业、医疗、军事等诸多领域发挥了巨大的作用，超声应用的关键技术是如何产生相应的超声能量，为了使超声电能最大效率地转换为机械振动能量，超声振动系统按“全调谐”方式工作［1］。此时超声电源和变幅器有相同的谐振频率，变幅器的结构尺寸是由超声振动系统的谐振频率决定的。根据全谐振设计理论，变幅器可以按半波长及其整数倍分为变幅杆、圆盘等若干个振动单元，按照谐振频率分别设计每个振动单元的结构尺寸，并串联组装起来，振动系统会在这一频率上谐振。基于此，许多学者对单个变幅杆及圆盘振动特性进行了研究［2-5］。在超声珩磨工艺中，变幅器作为加工工具的组成部分，其中的变幅杆和圆盘结构尺寸可以由系统谐振频率确定，可以用全谐振理论设计，而超声珩齿工艺中，变幅器中的齿轮（简化为圆盘）的结构尺寸是由它的使用要求决定，无法用现有的全谐振理论进行设计，针对这个情况，提出了非谐振单元变幅器设计理论［6］，将结构尺寸不能任意确定的齿轮与结构尺寸可以任意确定的变幅杆组成复杂超声振动系统，通过调整变幅杆的结构及尺寸，采用力耦合条件联合设计变幅杆和齿轮，使齿轮与变幅杆组成的复杂超声振动系统谐振于要求的频率范围，满足超声珩齿要求。