一种单激励超声椭圆振动车削装置设计研究开题报告

1. 研究目的与意义

超声椭圆振动在超声振动切削、超声焊接、超声研磨、超声抛光、直线超声电机和旋转超声电机等领域具有较广泛的应用。目前研究人员大多采用纵向振动、扭转振动、弯曲振动和径向振动中的两种振动形式进行复合来产生超声椭圆振动，需要采用两组或两组以上的压电陶瓷片来激发产生具有一定相位差的两个或多个振动模态，还必须为每组压电陶瓷片配备一路超声驱动电源信号，且需要控制各路超声驱动电源信号之间的相位差，超声振动系统和控制系统结构复杂，制造难度大、控制难度高、生产成本高、不易实现微型化、工作性能不够稳定，这些问题制约了超声椭圆振动换能器在工业生产中的应用与推广。

为了克服上述超声椭圆振动换能器技术中的不足，《北京航空航天大学学报》2005年2月第31卷第2期上论文“基于有限元分析的椭圆振动切削换能器”，提出了一种单一电信号激励的结构不对称的超声椭圆振动切削换能器，并对该换能器进行了有限元动力学分析和实验研究，取得了较好的实验效果，但是要进一步提高纵向振动到弯曲振动的转换，提高椭圆振动轨迹短轴与长轴的比值，提高切削效果，仅依靠在变幅杆前端一侧添加质量块和刀具的方式是不够理想的，并且从变幅杆到附加质量块以及从附加质量块到刀具需要两次物理联接，导致从压电换能器到刀具的超声振动能量损失较大，影响了超声椭圆振动切削效果。

一种单激励超声椭圆振动车削装置，目的是为了克服现有单激励超声椭圆振动切削装置中存在的不足、降低超声椭圆振动车削装置的生产成本和提高超声椭圆振动车削装置的工作稳定性。

2. 研究内容和预期目标

本设计主要阐明设计一种单激励超声椭圆振动车削装置的一些关键问题: 椭圆振动车削装置的总体结构设计、椭圆振动车削装置二维驱动平台的设计、振动车削装置的压电超声换能器的有限元分析、椭圆振动车削装置框架结构部件的设计等。

研究内容:

1、一种单激励超声椭圆振动车削装置的技术背景和发展前景；

3. 研究的方法与步骤

运行时，超声振动换能器的电极片与超声电源相连，当超声振动换能器的电极片接入超声电源输出的电信号后，由于压电陶瓷片的逆压电效应，压电陶瓷片将会产生纵向超声振动，即超声振动换能器将超声电源输出的电能转换为纵向超声振动，并驱动整个超声振动换能器系统进行纵向超声振动，超声振动能量从超声振动换能器传递到椭圆振动模态转换器末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为椭圆振动模态转换器末端的纵弯复合超声椭圆振动；并驱动刀具和椭圆振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动。

当加载电压运行10分钟后，单激励超声椭圆振动车削装置达到稳定振动状态，此时超声电源的稳定输出电压为240V，电流为1.45A，使用激光多普勒测振仪测得超声椭圆振动长短半轴振幅分别为10.3微米和4.2微米，并通过具有李沙育图形运算功能的双踪示波器对激光多普勒测振仪测得的信号进行图形运算，可以得到长短轴比为2.45的超声椭圆振动轨迹，完全满足超声椭圆振动精密车削要求。

4. 参考文献

主要参考资料:

[1]孙恒,陈作模,机械原理(第7版), 2006, (05)

[2]濮良贵,机械设计(第九版), 2013, (05)

5. 计划与进度安排

所有进度报告等内容材料定时发我邮箱，57449381@qq.com，每周见面辅导至少一次，本学期辅导时间待qq群通知，下学期固定辅导时间下学期开学后通知，辅导见面次数计入毕业设计的平时成绩。

1、提前熟悉solidworks2012、或ug软件，设计的部分尽量使用三维软件建模，然后转换二维平面工程图。

2、2022年2月22日，交英文翻译，qq邮件发给我。