变幅杆的ANSYS分析设计.doc

研究生课程论文 课程名称 现代设计方法 题 目 变幅杆的ANSYS分析设计 学 院 机电工程学院 专 业 机械工程 班 级 姓 名 张佳欢 向义河 胡鹏飞 吕建军 熊海亮 鲁中原 娄晓刚 指导教师 李刚炎 2014 年 12 月 15 日 变幅杆的ANSYS分析设计 摘要 由于很多材料的脆硬特性，传统加工方法已不能满足对这些材料零件的精密加工要求，尤其是在航空航天的需求更加强烈，超声波振动技术是日本首先提出来，然后超声振动精密切削技术便逐渐成为各国的研究热点。在设计超声波振动系统中，变幅杆的设计是核心部分，因此变幅杆是整个系统的核心部件。本文利用ANSYS有限元分析软件对变幅杆进行模态分析及谐响应分析，最终根据分析结果对变幅杆进行修正。 关键词：变幅杆，超声波，有限元分析 Abstract Because a lot of hard brittle characteristics, traditional processing method has been can not meet the requirement of the precision machining of these materials parts, especially in aerospace needs more intense, ultrasonic vibration technology was put forward by Japans first, and then ultrasonic vibration precision cutting technology has gradually become the focus in the countries. In the design of ultrasonic vibration system, the design is the core part of the amplitude, so the amplitude is the core component of the whole system. This paper, by using ANSYS finite element analysis software for the amplitude modal analysis and harmonic response analysis, finally to modify the amplitude according to the results of the analysis . Keywords： Amplitude，Ultrasonic wave，Finite Element Ansys 碳纤维 图 1 超声波振动车削系统 在超声波振动车削过程中，与传统车削最大的不同是，施加了一定振幅的超声波振动，虽然这一振动的振幅值很小，但是超声波振动具有20kHz以上的高频率特性，所以刀具在单位时间内的振动次数多，刀具产生的速度快。在这种激励作用下，工件产生微观的裂纹，材料发生塑性变形而被去除，工件表面粗糙度低，加工精度好。 切削力：切削力仅仅是普通车削的10%左右，切削力大大降低，切削时间缩短短，工件与刀具摩擦下降，切削温度降低，减少了热损伤和表面残余应力，以及热变形等。 表面粗糙度：超声车削加工不会产生积屑瘤，表面粗糙度降低，从而提高了加工精度。 刀具寿命：由于是间歇切削，切削温度低，刀具发热减少，磨损降低，寿命得到明显提高。 切屑：切屑颗粒小，切屑温度低，切削温度低，排屑比较顺畅。 切削液：超声振动车削，当工件与刀具分离时，切削液容易进入切削区，冷却润滑充分。 超声波振动车削加工与普通车削加工中，两者刀具均存在着振动。不同的是普通切削加工中刀具的振动无规律性，无法控制刀具的运动轨迹，使得工件的加工质量下降和刀具的磨损严重。而超声波振动切削的刀具的振动具有一定的振幅，且具有高频特性，增大剪切角，可以减小刀具与工件的摩擦因数，使得应力更集中，工件的刚性得到加强。 二.动力学分析原理 相比于静力学分析而言，对于系统的动力学分析，，它主要是确立结构的动力学特性，譬如振型或者振动频率等。在本次课题的超声波振动切削系统中，对于变幅杆，我们主要是对其进行动力学分析。 在本课题中，超声波振动系统主是实现刀具的纵向周期性振动，而实现这一目标的核心部件则是变幅杆，变幅杆的振动性能必须良好。我们仅仅通过理论计算得到的各项参数并不能完全满足振动性能的要求，只要当激振源也就是超声波发生器与变幅杆的固有频率相匹配时，整个系统的振动系统才能达到要求。为了达到这一目的，我们必须要对变幅杆进行相关的动力学分析，以此来优化变幅杆的结构尺寸