第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 超声加工的工艺特点与分类 2
1.3 齿轮超声加工的研究现状 4
1.3.1 超声滚齿 4
1.3.2 超声研齿 5
1.3.3 超声电化学齿轮加工 5
1.4 超声珩齿工艺的提出与研究现状 6
1.5 超声加工振动系统设计理论的研究现状 8
1.5.1 超声加工机床的国内外研究现状 8
1.5.2 超声加工振动系统 10
1.5.3 变幅杆振动求解理论 13
1.5.4 圆盘振动求解理论 15
1.5.5 超声加工振动系统设计研究中有待研究的问题 17
1.6 研究意义 18
1.7 主要研究内容 18
参考文献 20
第2章 非谐振设计理论 28
2.1 非谐振设计原理 28
2.1.1 局部共振现象及其应用 28
2.1.2 谐振单元振动系统的全谐振设计理论 28
2.1.3 非谐振单元振动系统的非谐振设计理论 30
2.2 非谐振设计与全谐振设计之间的联系与区别 31
2.3 齿轮超声加工振动系统的非谐振设计方法 32
2.4 本章小结 34
参考文献 35
第3章 齿轮横向弯曲振动的统一求解模型 36
3.1 Mindlin理论 36
3.1.1 厚板动力理论的基本方程 36
3.1.2 Mindlin中厚板求解理论 43
3.1.3 Mindlin中厚环盘的柱坐标动力学方程与振动求解 45
3.2 齿轮横向弯曲振动求解的统一模型 49
3.2.1 圆柱齿轮横向弯曲振动统一模型的求解理论 50
3.2.2 各结构参数对齿轮横向弯曲自由振动频率的影响分析 55
3.2.3 有限元模态分析与实验模态验证 62
3.3 模数与螺旋角对齿轮轴对称横向弯曲振动频率的影响分析 64
3.4 本章小结 69
参考文献 69
第4章 变幅杆与变厚度环盘振动特性的三维振动里兹法 71
4.1 里兹法的力学原理基础 71
4.1.1 力学变分原理 71
4.1.2 哈密顿原理 72
4.1.3 里兹法原理 74
4.2 变幅杆振动特性的三维振动里兹法求解 75
4.2.1 变幅杆振动特性的三维振动里兹法求解原理 75
4.2.2 变幅杆固有圆频率的计算分析 81
4.2.3 大、中、小截面指数形变幅杆模态实验 82
4.2.4 谐振频率对比分析 85
4.3 变厚度环盘振动特性的三维振动里兹法求解 85
4.3.1 环盘振动特性的三维振动里兹法求解原理 86
4.3.2 等厚度环盘自由振动固有频率分析 91
4.3.3 径向线性变厚度环盘自由振动固有频率分析 94
4.3.4 模态实验与结果分析 95
4.4 本章小结 99
参考文献 99
第5章 齿轮纵向谐振系统的设计与实验研究 101
5.1 理论分析模型 101
5.1.1 纵向谐振系统的物理模型 101
5.1.2 齿轮纵向谐振变幅器的理论分析模型与频率方程 101
5.2 齿轮纵向谐振变幅器的设计 105
5.3 振动求解模型的ANSYS分析验证 107
5.4 谐振特性的实验研究 108
5.4.1 阻抗特性测试分析 108
5.4.2 谐振实验与振幅测试 110
5.5 齿轮模数与厚度对纵向谐振变幅器谐振频率的影响规律研究 111
5.6 其他类型纵向谐振变幅器的频率方程 114
5.7 本章小结 116
参考文献 117
第6章 齿轮横向弯曲谐振系统的设计与实验研究 118
6.1 超声珩齿纵弯谐振系统设计的统一求解模型 118
6.1.1 纵弯谐振变幅器振动求解的统一模型 119
6.1.2 纵弯耦合谐振条件与边界条件 120
6.1.3 频率方程的建立 124
6.1.4 纵弯谐振变幅器的位移特性求解 126
6.1.5 振动求解模型的ANSYS分析验证 126
6.2 超声珩齿纵弯谐振变幅器的设计与谐振特性实验研究 132
6.2.1 纵弯谐振变幅器的设计与有限元分析 132
6.2.2 纵弯谐振变幅器的谐振实验分析 137
6.2.3 设计方法对变幅器尺寸参数的适应性研究 140
6.3 其他类型变幅杆与齿轮组成的纵弯谐振变幅器设计与谐振特性分析 144
6.3.1 指数形纵弯谐振变幅器 144
6.3.2 悬链线形纵弯谐振变幅器 146
6.3.3 复合形纵弯谐振变幅器 146
6.3.4 各类型纵弯谐振变幅器的对比分析 153
6.4 谐振单元纵弯变幅器设计与谐振实验 158
6.5 本章小结 160
参考文献 161
第7章 超声珩齿试验 162
7.1 超声珩齿振动系统谐振特性的实验基础 162
7.1.1 超声珩齿振动系统的阻抗特性分析 162
7.1.2 超声珩齿振动系统振幅测量系统的构建 165
7.2 超声珩齿试验系统 169
7.2.1 超声珩齿试验系统的主要构成 169
7.2.2 超声珩齿振动系统的设计 173
7.2.3 超声珩齿试验系统的建立与测试 176
7.3 纵向谐振超声珩齿试验 178
7.4 纵弯谐振超声珩齿试验 180
7.4.1 试验设备与主要参数 180
7.4.2 试验系统与工艺条件 182
7.4.3 试验结果分析 183
7.5 本章小结 191
参考文献 192
第8章 总结与展望 193
8.1 主要研究工作总结 193
8.2 主要创新点 195
8.3 研究展望 196
附录A 近十年来有关超声加工、成形及其机理的国家自然科学基金项目一览表 198
附录B Bessel函数及其性质 208