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摘要
超声磨削技术可以实现对硬脆材料的高效、高质量加工，为了对超声磨削系统中大负载变幅器进行合理设计，将金属黏结剂砂轮简化为一段等截面变幅杆，设计了一种新型的1/4波长变幅器。基于细长杆的一维纵振理论和波动方程推导出变幅器的频率方程，分析了变幅器尺寸对谐振频率的影响规律，利用MATLAB软件求解出变幅器各段的几何尺寸，在此基础上借助ANSYS Workbench软件对变幅器进行有限元分析与优化。仿真结果表明：变幅器的谐振频率与设计频率之间的误差为2.87%;对增加法兰后的变幅器进行优化设计，优化后谐振频率的误差由7.7%降低到了0.045%。变幅器测试实验结果表明：其谐振频率为20007Hz,与设计频率误差为0.035%,砂轮端面振幅为9μm,满足超声磨削要求。
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