一种控制椭圆振动形态的变幅杆制造技术

本发明专利技术属于超声加工技术领域，涉及一种控制椭圆振动形态的变幅杆，包括沿着振动输出方向依次连接的振动输入段和振动输出段；振动输出段偏心布设在振动输入段的输出端面上，振动输出段与振动输入段连接的一端侧部设置圆弧过渡段，振动输出段输出的椭圆形振动形态与圆弧过渡段的圆弧半径

【技术实现步骤摘要】
一种控制椭圆振动形态的变幅杆


[0001]本专利技术属于超声加工
，涉及一种控制椭圆振动形态的变幅杆
。

技术介绍

[0002]如今，钛合金
、
工程陶瓷
、
碳纤维复合材料
、
金属基复合材料
、
陶瓷基和碳
/
碳复合材料，以及光学玻璃
、
单晶硅等为代表的先进材料，因其优异独特的特性在航空航天
、
汽车
、
战略性武器等众多领域中有广泛应用，这些材料大多被公认为是难加工材料，采用传统的机械加工方式已无法满足此类硬脆性材料高效高质的加工要求
。
[0003]随着超声技术的发展，将超声振动技术应用于各种不同的冷热制造加工领域中，采用超声辅助加工与传统切削加工最明显的区别在于它不是连续切削，而是周期性的间断接触；但存在的问题是，单向超声振动切削工件速度必须小于刀屑分离临界速度，限制了加工速度；再则，因刀具的往复振动引起高频摩擦影响工件表面质量，同时刀具受到交变拉压应力易引起刀尖崩碎，缩短刀具寿命；随着超声振动加工研究的深入，在普通超声振动加工的基础上提出了椭圆超声振动加工技术，超声椭圆振动切削的临界速度明显高于普通超声振动切削，可增强刀具和工件的相互接触与分离，改善刀具受力情况，增加切削过程中的润滑和冷却效率；超声椭圆振动可在车削
、
镗削
、
钻削
、
铣削
、
磨削
、
抛光r/>、
滚压与焊接等领域内广泛应用
。
[0004]超声椭圆振动多是由纵向振动
、
扭转振动
、
弯曲振动和径向振动中的两种振动形式耦合而成，且要求两相振动具有一定的相位差
。
超声椭圆振动装置分为单激励和双激励两种形式，双激励振动一般需双激励换能器，这就必须为每组换能器配备超声驱动电源信号，还需控制两路超声驱动电源信号之间的相位差，导致超声振动系统和控制系统结构变得复杂，且控制难度高
、
工作性能也不够稳定，易造成加工干涉，且对控制系统有较高要求，这些问题都制约了超声振动在工业生产中的应用与推广
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有双激励以及单激励椭圆振动系统的结构复杂，输出功率小的技术问题，本专利技术提供一种结构简单
、
能够控制椭圆形态的变幅杆，不同过渡段圆弧的变幅杆调节椭圆振动轨迹用于超声辅助加工
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种控制椭圆振动形态的变幅杆，其包括沿着振动输出方向依次连接的振动输入段和振动输出段；所述振动输出段偏心布设在振动输入段的输出端面上，所述振动输出段与振动输入段连接的一端侧部设置圆弧过渡段，所述振动输出段输出的椭圆形振动形态与圆弧过渡段的圆弧半径
R、
以及振动输出段与振动输入段的偏心距离
a
相关
。
[0008]进一步限定，所述振动输入段为圆柱体或者立方体结构，所述振动输入段的直径或边长均为
D2，所述圆弧过渡段的半径为
R
，
的输出端面过渡连接，振动输出段2偏离振动输出段1的中心线向上的距离为
a
，且这个侧面通过圆弧过渡段3与振动输入段1的端面连接，向振动输入段1的输入端面施加振动，在振动输出段2的输出端产生不同椭圆振动轨迹
。
[0026]振动输入段1为圆柱体结构，振动输入段1的直径为
D2，长度为
l2。
振动输入段1还能采用立方体结构替代
。
[0027]振动输出段2为矩形直梁，长度为
l1，高度为
h
，宽度为
b
，振动输出段2长度方向与振动输入段1的轴向方向一致，振动输出段2长度方向的中心线偏离圆柱体中心轴线的距离为
a。
[0028]进一步限定，
[0029]圆弧过渡段3的半径为
R。
[0030]具体的，振动输出段2长度方向与振动输入段1的轴向方向一致，振动输出段2的下表面与振动输入段1的中心轴线位于同一平行线上，通过圆弧过渡段3使得振动输出段2的下表面向振动输入段1的端面上过渡，实现振动输出段2的下表面与振动输入段1的端面的连接；振动输出段2的右侧与振动输入段1的左侧端面直接接触连接
。
[0031]本专利技术中，变幅杆工作时，振动传递到变幅杆后，振动能量从的振动输入段1传递到振动输出段2，由于振动输出段2长度方向的中心线与振动输入段1的中心轴线不在一条直线，振动传递至变幅杆的末端时，在输出端既有纵向振动又有横向振动，合成为椭圆轨迹
。
[0032]本专利技术中，振动输出段2输出的椭圆振动形态与圆弧过渡段3的圆弧半径
R、
以及振动输出段2与振动输入段1的偏心距离
a
相关，通过调整变幅杆上圆弧过渡段半径
R
和偏离距离
a
，能够调整变幅杆输出的椭圆振动轨迹的形状，使得不同尺寸圆弧过渡段的变幅杆输出不同的椭圆振动轨迹
。
[0033]本专利技术中，圆弧过渡段3的设置还能减小变幅杆工作时的应力集中，避免变幅杆因应力过大发生断裂
。
[0034]下面结合具体实施例为例进行说明
。
[0035]变幅杆的材料为铝合金，振动输入段1的直径
D2为
45mm
，振动输入段1的长度
l2为
41mm
，振动输出段2的长度
l1为
63mm
，振动输出段2的高度
h
为
20mm
，振动输出段2的宽度
b
为
20mm。
[0036]变幅杆上，通过改变振动输入段1和振动输出段2之间的圆弧过渡段半径
R
的大小，对变幅杆的谐振频率
、
横向位移
、
纵向位移以及相位差均有影响
。
所以，对不同尺寸的变幅杆的振动性能进行试验验证
。
[0037]试验时，在变幅杆的振动输入段1与换能器连接的端面上添加一个纵向位移
A
＝2μ
m
，如图2所示
。
[0038]具体的试验如下
。
[0039]试验1：变幅杆的圆弧
R
＝
6mm
，直梁偏离中心线的距离
a
＝
10
；
[0040]试验2：变幅杆的圆弧
R
＝
10mm
，直梁偏离中心线的距离
a
＝
10
；
[0041]试验3：变幅杆的圆弧
R
＝
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种控制椭圆振动形态的变幅杆，其特征在于，包括沿着振动输出方向依次连接的振动输入段
(1)
和振动输出段
(2)
；所述振动输出段
(2)
偏心布设在振动输入段
(1)
的输出端面上，所述振动输出段
(2)
与振动输入段
(1)
连接的一端侧部设置圆弧过渡段
(3)
，且所述振动输出段
(2)
输出的椭圆形振动形态与圆弧过渡段
(3)
的圆弧半径
R、
以及振动输出段
(2)
与振动输入段
(1)
的偏心距离
a
相关
。2.
根据权利要求1所述的控制椭圆振动形态的变幅杆，其特征在于，所述振动输入段
(1)
为圆柱体或者立方体结构，所述振动输入段
(1)
的直径或边长均为
D2，所述圆弧过渡段
(3)
的半径为
R
，
3.
根据权利要求2所述的控制椭圆振动形态的变幅杆，其特征在于，所述振动输出段
(2)
与振动输入段
(1)
的偏心距离
a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺西平，刘强，李志波，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：