第30卷第1期2023年2月工程设计学报ChineseJournalofEngineeringDesignVol.30No.1Feb.2023旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计与试验研究马彪1，秦慧斌1，冯毅1，白旭日1，辛佳毅2（1.中北大学先进制造技术山西省重点实验室，山西太原030051；2.太原工具厂有限责任公司，山西太原030008）摘要：砂轮变幅器是旋转超声内圆磨削谐振系统的关键部件，其设计质量直接影响超声磨削的工艺效果。但目前内圆磨削砂轮变幅器缺乏较为完善的理论分析模型。为提高砂轮变幅器理论分析模型的通用性，基于非谐振设计理论建立了纵向谐振砂轮变幅器的理论分析模型，并利用砂轮变幅器各振动单元间的力、位移连续条件与边界条件推导了其频率方程。然后，针对频率方程进行编程求解，并通过ANSYS有限元仿真分析进行验证。最后，加工制作了纵向谐振砂轮变幅器，并开展阻抗特性分析试验、超声谐振试验和振动位移测量试验，分析了其谐振特性。试验结果表明，所研制的砂轮变幅器的谐振试验频率与理论设计频率一致，其输出端振动位移的试验值与仿真值的相对误差为7.83%，符合旋转超声内圆磨削的要求，验证了理论分析模型求解的正确性。研究结果为旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计提供了便捷且有效的方法。关键词：旋转超声内圆磨削；砂轮变幅器；理论分析模型；频率方程；谐振特性分析中图分类号：TH113.1；TG74+3文献标志码：A文章编号：1006-754X（2023）01-0117-10DesignandexperimentalstudyofwheelamplitudetransformerforrotaryultrasonicinternalgrindingMABiao1,QINHui-bin1,FENGYi1,BAIXu-ri1,XINJia-yi2(1.ShanxiKeyLaboratoryofAdvancedManufacturingTechnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China;2.TaiyuanToolsFactoryCo.,Ltd.,Taiyuan030008,China)Abstract：Thewheelamplitudetransformeristhekeycomponentoftherotaryultrasonicinternalgrindingresonantsystem,anditsdesignqualitydirectlyaffectstheprocesseffectofultrasonicgrinding.However,atpresent,thewheelamplitudetransformerforinternalgrindinglacksarelativelycompletetheoreticalanalysismodel.Inordertoimprovethegeneralityofthetheoreticalanalysismodelofwheelamplitudetransformers,atheoreticalanalysismodelofthelongitudinalresonantwheelamplitudetransformerwasestablishedbasedonthenon-resonantdesigntheory,andthefrequencyequationwasderivedbyusingtheforceanddisplacem...
