【正文】 當(dāng)珩磨頭收到不均衡的外力的時(shí)候，他就是會(huì)通過大小球體的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)載荷的均衡，使工具頭工作在良好的工作狀態(tài)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 調(diào)節(jié)套 小球體 珩磨頭基體 螺母 壓蓋 緊定螺母 大球頭體 圖 43 球頭浮動(dòng)機(jī)構(gòu) 垂直方向的浮動(dòng) 調(diào)節(jié)螺母與壓蓋、錐形套相連接， 通過調(diào)節(jié)螺母就可以調(diào)節(jié)施加在壓蓋上的力的大小就可以調(diào)節(jié)球頭與錐形套配合的垂直的間隙，使得垂直方向有一定的空間以實(shí)現(xiàn)均載。按照上述 設(shè)計(jì)方法和步驟，當(dāng)工件重量大時(shí)，工件浮動(dòng)會(huì)受到影響，大件珩磨常取第一種方式。 第一種方式的不足之處是工件和珩磨主軸不對(duì)中，運(yùn)動(dòng)中的珩磨頭受到傾覆力的作用，加上珩磨頭旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力和雙萬向節(jié)制動(dòng)誤差，均會(huì)使珩磨頭擺動(dòng)，造成油石磨耗成鼓形，被加工孔也成鼓形。 根據(jù)珩磨頭的直徑確定油石條和油石寬度，珩磨直徑為 170180mm 所以這里選油石條數(shù)為 8 1620???HB 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 第四章 珩磨機(jī)械系統(tǒng)部件設(shè)計(jì) 分度進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要功能在于實(shí)現(xiàn)珩磨 的切削進(jìn)給，以保證小進(jìn)給量（ m?10 ）。 SR 為聚能器輸入端面積 因?yàn)椋??)(xS xsx??)( =2 SR r ? ?xr22 1? 代入式（ *）得 012 2222 ????????? ?? kxvrx rx 這是一個(gè)變系數(shù)的二階微分方程，為了 求解我們令： v)()( 12xx urxr ??? )()(2)( )1( 1)1( 1 xxx urxurxv ??????? v ?)(x ?? )1(2rx)(23 )1(1)1(2xx urxurx???? v2)(3)( )1(2)1(2rxurxxx ???? )(xu?+)(11xurx??? 把這些公式代入（ 31d）方程可化為 0)()( ??? xx kuu 所以 u kxBkxAu x c o ss in)( ?? 為方程通解 則 )c oss in()1(1)( kxBkxArxv x ??? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 ?????????????????????????????????????????????????2)()1(c oss i n111)1(s i nc os)1(1= FrxkkxkxrxBrxkkxkxrxAj R sxvsjwyxx 式中： Rc 為變副桿材料的聲速， y 為楊氏模量 又邊界條件為： f?? ?)0( el ??? 0)0( ?F eel ZvF ?)( 把（ 31 f? ）和式（ 31c? ）分別代入（ 31e? ）式和（ 31f）式： B= rvf /? kvA f /? 再把 A、 B 值代入（ 31e）和（ 31f） 立即得到圓錐形 變幅桿振速分布函數(shù)應(yīng)力分布函數(shù)。此時(shí)對(duì)變幅桿的輸入阻抗特性及彎曲勁度要求不高，因此常常采用簡單圓錐形變幅桿，因其機(jī)械加工較容易，而 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 且在面積系數(shù)相同的情況下，放大系數(shù)最大。在高聲強(qiáng)超聲處理應(yīng)用中，例如超聲切鉆硬脆材料、超聲焊接、超聲乳化等等，變幅桿主要起放大聚能作用。所謂“半波長”，就是指在無負(fù)載 ， ZR=O，輸入阻抗 Z： l=0的特定情況。超聲變幅桿是超聲珩磨加工系統(tǒng)的重要部件，其結(jié)構(gòu)的合理性及與系統(tǒng)的匹配性直接影響超聲珩磨的速度及系統(tǒng)工作的可靠性。此時(shí)對(duì)變幅桿的輸入阻抗特性及彎曲勁度要求不高，因此常常采用簡單階梯形變幅桿，因其機(jī)械加工較容易，而且在面積系數(shù)相同的情況下，放大系數(shù)最大。在高聲強(qiáng)超聲處理應(yīng)用中，例如超聲切鉆硬脆材料、超聲焊接、超聲乳化等等，變幅桿主要起放大聚能作用。較常用的簡單變幅桿有 :指數(shù)形、懸鏈線形、階梯形和圓錐形 變幅桿。因此，要求變幅桿材料應(yīng)該滿足以下要求 : (1) 在工作頻率范圍內(nèi)材料的損耗小 : (2) 材料的疲勞強(qiáng)度高，而聲阻抗率小 。在實(shí)際應(yīng)用中常常要求輸入力阻抗隨頻率及負(fù)荷的變化要小 。 變幅桿的性能參數(shù) 超聲變幅桿的性能可以用許多參量來描述。由于能量密度 Pr正比于振幅 a的平方，截面小的地方，能量密度大，振幅也就得到了放大。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 、超聲變幅桿的設(shè)計(jì) 變幅桿的作用 變幅桿的主要作用和功能如下 : (1) 用作放大位移振幅 (或振速 )，或者把能量集中到較小的面積上即聚能作用。換能器與超聲波發(fā)生器連接，需考慮到二者配，二者的匹配包括兩方面的內(nèi)容 :一是發(fā)生器的輸出阻抗與換的動(dòng)態(tài)阻抗一致 :二是在額定輸入電功率條件下，換能器輸出的率最大。冷卻簡便，不需專用水套。所謂壓電效應(yīng)是指在 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 石英等物質(zhì)的兩界面上加上一定的電壓后，材料將產(chǎn)生一定的機(jī)械伸縮效應(yīng)，這種加交變電壓使 材料產(chǎn)生伸縮的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。機(jī)械強(qiáng)度高，振動(dòng)系統(tǒng)使用安全可靠，換能器壽命長 。超聲加工中使用的換能器主要有磁致伸縮換能器、壓電換能器和電 —— 磁換能器三種，由于電 —— 磁換能器使用得很少，所以在這里主要討論磁致?lián)Q能器和壓電換能器。 晶體管與電子管混合兼顧二者的優(yōu)點(diǎn)，具有體積小、功率大等特點(diǎn)。頻率穩(wěn)定，在所需范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，最好有頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) 。自激式超聲波發(fā)生器把振蕩、功放、輸出變壓器及換能器作為一個(gè)整體，形成一個(gè)閉合回路，使之滿足幅度、相位反饋的自激振蕩，組成諧振于換能器的機(jī)械共振頻率上的振蕩器。超聲加工系統(tǒng)首先由超聲波發(fā)生器將 50Hz的交流電 (220V 或380V)轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l電振蕩信號(hào)，然后由換能器將超聲頻振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲頻機(jī)械振動(dòng)，再由變幅桿將振動(dòng)振幅放大，使其能用于加工。雜質(zhì)劃傷加工表面的可能性必須排 除。溫度對(duì)孔徑的影響為 ／15℃，所以在冬天或夏天，都有必要調(diào)整珩磨尺寸精度。 錫焊法適用于金屬結(jié)合劑的油石，連接強(qiáng)度低于銀焊法，價(jià)格便宜。樹脂結(jié)合劑的油石不能采用銀焊法，只能采用粘接法或熱壓成形法；青銅結(jié)合劑的油石可以采用銀焊法，當(dāng)然也可以來用粘接法或熱壓成形法。 為了保證聲能的高效傳輸，可以采用銀焊法。先將模具和成形料加熱至 140 ℃左右，最 后施加一定的壓力 (例如 )并保壓 30min 壓制而成。撤除壓力后．待 2～ 3d即可使用。如何保證超聲能量可靠地傳輸?shù)接褪希褪诔暷芰孔饔孟碌墓r如何，超聲珩磨油石的磨料如何選擇，一直是從事設(shè)計(jì)、研制超聲珩磨裝置的科研人員和工廠技術(shù)人員所關(guān)心的問題。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 29 彎曲振動(dòng)圓盤 (2)撓性桿 油石座振動(dòng)子系統(tǒng) 圖 210 超聲珩磨裝置 (軸向 )的撓性桿 — 油石座振動(dòng)子系統(tǒng)是由兩段不同截面的均勻桿組成如圖所示，其頻率方程為 式中， 1c 、 2c 為撓性桿和油石座聲速； 1L 、 2L 為撓性桿和油石座長 圖 210 撓性桿 油石座振動(dòng)子系統(tǒng) 度； 1S 、 2S 為撓性桿和油石座截面積； 1? 、 2? 為撓性桿和油石座材料密度； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 ? 為角頻率。變幅桿越長，彎曲柔順性越大，在許多實(shí)際應(yīng)用中這是需要避免的。 縱向振動(dòng)變幅桿 — 單一變幅桿 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 (1)單一變幅桿的特件參數(shù) 超聲變幅桿的性能主要是由變幅桿的共振長度 l ，放大系數(shù) pM ，形狀因數(shù)? ，位移節(jié)點(diǎn) 0x ，輸入力阻抗 0Z 和彎曲勁度等參數(shù)加以描述的。 變幅桿可分為縱向振動(dòng)變幅桿、彎曲振動(dòng)變幅桿、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)變幅桿。在超聲振動(dòng)系統(tǒng)工作過程中，由超聲換能器輻射面所產(chǎn)生的振動(dòng)幅度較小，當(dāng)工作頻率在 20kHz 范圍內(nèi)超聲換能器輻射面的振幅只有幾微米， 而在超聲加工、超聲焊接、超聲搪錫、超聲破壞細(xì)胞、超聲金屬成型 (包括超聲冷拔管絲和鉚接 )等大量高強(qiáng)度超聲應(yīng)用中所需要的振幅大約為幾十至幾百微米，所以必須借助變幅桿的作用將機(jī)械振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移量和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行放大，并將超聲能量聚集在較小的面積上，產(chǎn)生聚能作用。當(dāng)外加電場(chǎng)頻率與壓電片固有頻率相同產(chǎn)生諧振時(shí)，壓電片振動(dòng)最大，聲輻射也最強(qiáng)烈。極化強(qiáng)度的增大，使壓電片沿極化方向產(chǎn)生伸長的形變。 有兩種壓電效應(yīng)是很常用的，一種是形變的方向與電場(chǎng)的方向相重合，這種壓電效應(yīng)如圖 24 所示，稱之為縱向壓電效應(yīng)；另一種是 形變的方向與電場(chǎng)的方向相垂直，這種壓電效應(yīng)如圖 2— 5所示，稱之為橫向壓電效應(yīng)。對(duì)這種晶體在適當(dāng)?shù)姆较蛏鲜┘幼? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 用力時(shí)，其內(nèi)部的電 極化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)，并會(huì)在壓電晶體相對(duì)兩表面內(nèi)出現(xiàn)與外力成正比的、符號(hào)相反的束縛電荷，這種外力作用使壓電晶體帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 2— 3 磁致伸縮換能器 磁致伸縮換能器的材料 對(duì)用于磁致伸縮換能器材料的基本要求： 1) 磁致伸 縮應(yīng)力常數(shù)要盡可能大； 2) 磁滯及渦流損耗要盡可能?。? 3) 對(duì)高強(qiáng)度輻射換能器所用的材料，飽和磁致伸縮值要大； 4) 材料疲勞強(qiáng)度要高； 5) 對(duì)于金屬磁致伸縮材料，要易于軋制成薄片及加工成型。目前，廣泛采用的超聲換能器主要有磁致伸縮換能器和壓電換能器兩大類，下面我們將根據(jù)材料的特性和換能器的工作原理對(duì)這兩類換能器分別進(jìn)行討論。 2 數(shù)字電路超聲波發(fā)生器 數(shù)字電路起聲波發(fā)生器的基本原理 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 采用數(shù)字電路超聲波發(fā)生器，可以消除溫度漂移等常規(guī)模擬發(fā)生器難以克服的缺點(diǎn)，有利于參數(shù)整定和變參數(shù)調(diào)節(jié)，便于通過程序軟件的改變方便地調(diào)整控制方案和實(shí)現(xiàn)多種新型控制策略，同時(shí)可減少元器件的數(shù)目、簡化硬件結(jié)構(gòu)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。最大功率輸出可以達(dá)到 5KW，是理想的超聲波放大器件。但從另一方面講，由于受到反向擊穿電壓、最大集電極電流、最大集電極耗散功率參數(shù)的限制，通常一對(duì)晶體管的最大輸出功率只能達(dá)到百瓦級(jí)。早期的超聲波發(fā)生器是用電子管做放大器件，現(xiàn)在則普遍采用晶體管 (三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和 IGBT器件 )。它激方式產(chǎn)生的超聲波振蕩頻率比較穩(wěn)定，并且可以在較寬的頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。下面逐一介紹超聲波發(fā)生器的各個(gè)部分。在這里我們只討論前者，后者在實(shí)際應(yīng)用中很少遇到。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 超聲珩磨裝置 1) 超聲波發(fā)生器 超聲波發(fā)生器也稱作超聲電源，它是一種用以產(chǎn)生超聲頻電能并向超聲換能器提供的裝置。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 21 縱向振動(dòng)超聲珩磨裝置 3 珩磨油石； 4撓性桿； 5彎曲振動(dòng)圓盤； 6變幅桿； 7換能器； 8珩磨桿； 9彈簧； 10油石座； 11珩磨頭體； A油石振動(dòng)方向； BC往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向。圖 2— 1是縱向振動(dòng)超聲珩磨裝置。 超聲技術(shù)用于珩磨是功率超聲應(yīng)用的新發(fā)展