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耦合式超声复合加工装置的设计研究

作　者: 霍树青
导　师: 高长水
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 功率超声超声换能器超声发生器变幅杆匹配电路
分类号: TG663
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 22次
引　用: 2次
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内容摘要

在难加工材料和精密加工中,功率超声加工技术具有普通加工无法比拟的工艺效果,将超声加工和其他加工方法相结合进行复合加工,常常能大幅度地提高加工速度、提高加工质量和完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此,被广泛地应用于国民经济的各部门,并有广阔的应用前景。本课题针对功率超声加工技术在复合加工中的应用,设计一套超声加工系统。运用分块设计的方法将此装置划分为超声换能器、超声变幅杆、超声发生器和匹配电路四大主要模块进行设计。超声换能器选用夹心式压电换能器结构,运用频率方程和等效电路法进行换能器材料的选择和结构尺寸的设计;超声变幅杆选用阶梯形变幅杆结构,运用半波长变幅杆设计方法进行结构和尺寸的设计;超声发生器的设计采用他激式电路结构,选择相应的功能模块和元器件,完成电路的设计;匹配电路运用变压器进行阻抗匹配,提出耦合式变压器匹配的方法,并设计变压器的各项参数,同时计算所需感性元件的数值,用以补偿压电换能器的容性阻抗。在各部分模块设计完成后,运用阻抗分析仪进行振动系统性能的检测,确保其符合设计要求;对电路部分进行相应测试,确保其输出有效的电振荡信号。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 超声加工装置的背景知识  10-13
    1.2.1 超声换能器  10-11
    1.2.2 超声变幅杆  11-12
    1.2.3 超声发生器  12-13
  1.3 感应电能传输技术  13
  1.4 超声加工技术的发展与研究现状  13-16
  1.5 本文主要研究内容  16-17
第二章超声换能器的设计  17-35
  2.1 超声换能器的主要性能指标  17-18
  2.2 压电超声换能器  18-21
    2.2.1 压电效应与逆压电效应  18-19
    2.2.2 压电材料  19
    2.2.3 压电方程  19-21
    2.2.4 振子振动模式  21
  2.3 夹心式压电换能器  21-30
    2.3.1 夹心式压电换能器的结构与特点  21-22
    2.3.2 夹心式压电换能器的性能参数解析  22-27
    2.3.3 压电方程选择及机电等效图  27-29
    2.3.4 前后盖板机电等效图  29-30
  2.4 夹心式压电换能器的参数设计  30-33
    2.4.1 压电材料尺寸的选择  30-31
    2.4.2 前后盖板尺寸及振速比的计算  31-32
    2.4.3 压电振子表面输出振幅计算  32
    2.4.4 预应力的估算  32-33
    2.4.5 夹心式换能器的加工要求  33
  2.5 本章小结  33-35
第三章超声变幅杆的设计  35-44
  3.1 超声变幅杆概述  35
  3.2 变幅杆的设计原则  35-36
    3.2.1 变幅杆的性能参数  35
    3.2.2 变幅杆的类型选择  35-36
    3.2.3 变幅杆的材料选择  36
  3.3 纵向振动阶梯形变幅杆的设计  36-43
    3.3.1 变幅杆的设计方法  36-37
    3.3.2 阶梯形变幅杆理论模型建立  37-40
    3.3.3 半波长变幅杆结构设计  40-42
    3.3.4 变幅杆的加工要求  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章超声电源系统的设计  44-55
  4.1 超声电源的原理  44-45
  4.2 振荡信号的产生  45-48
    4.2.1 MAX038 概述  45
    4.2.2 MAX038 内部结构及工作原理  45-46
    4.2.3 振荡频率及脉冲占空比调节  46-47
    4.2.4 振荡电路结构  47-48
  4.3 超声发生器主功放电路的设计  48-51
    4.3.1 整流滤波电路的设计  48-49
    4.3.2 功率元件的对比与选择  49-51
  4.4 功率驱动电路的设计  51-54
    4.4.1 IGBT 对驱动电路的要求  51-52
    4.4.2 驱动电路的选择  52-53
    4.4.3 集成驱动器的选择  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章匹配电路的设计  55-68
  5.1 压电换能器电学匹配的基本原理  55-56
  5.2 压电超声换能器电匹配的定量分析  56-57
  5.3 超声换能器的基本性能参数的测量与计算  57-59
  5.4 谐振分析  59-61
  5.5 阻抗匹配  61-67
    5.5.1 阻抗匹配的定量计算  61-62
    5.5.2 感应电能传输的工作原理及特点  62
    5.5.3 可分离变压器的工作原理及特点  62-63
    5.5.4 主功率变压器参数计算  63-67
  5.6 本章小结  67-68
第六章超声复合加工装置的测量与实验  68-74
  6.1 超声换能器阻抗测量  68-70
    6.1.1 阻抗分析仪  68-69
    6.1.2 换能器阻抗参数的测量  69-70
  6.2 振动系统阻抗性能测试  70-71
  6.3 超声发生器性能测试  71-73
    6.3.1 整流滤波电路测试  71-72
    6.3.2 驱动电路测试  72
    6.3.3 功放电路测试  72-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 总结  74
  7.2 展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81

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