徐晓明， 张向慧

（北方工业大学机电工程学院，北京100144）

旋转超声换能器的建模与仿真

徐晓明， 张向慧

（北方工业大学机电工程学院，北京100144）

在输入功率一定的一维纵振旋转超声加工系统中，为高效、精确地获取加工刀具末端的输出振幅，文中根据牛顿定律将换能器抽象为一个由质量、刚度和阻尼3个参数来描述的动力学模型。然后利用MATLAB/Simulink软件对换能器系统进行动力学仿真，分析超声换能器的数学模型及状态空间仿真模型，并利用有限元分析软件ANSYS验证MATLAB/Simulink仿真的准确性。换能器末端输出振幅的大小直接影响超声振动系统的加工性能，得到的仿真结果为超声振动系统的设计和改进提供了理论依据。

超声换能器；MATLAB/Simulink；数学模型；仿真建模

0 引言

旋转超声加工是集传统超声加工与磨粒磨削加工为一体的复合加工，是加工硬脆性材料的一种有效方法。换能器是超声加工机床的重要组件之一，用以将超声频电振荡信号转化为机械振动输出。常用的换能器主要有磁致伸缩式和压电式两种类型，其中夹心式压电换能器结构简单、电声转化效率高，是普遍使用的一种结构类型［1］。一维纵振超声振动系统的振动规律比较复杂，目前其设计依据主要以理论分析与实验为核心，而借助于计算机软件MATLAB进行仿真分析的研究还较少。本文在满足工程要求的条件下，利用牛顿定律将换能器抽象为动力学模型，并采用MATLAB软件对系统模型进行仿真处理。……