题目：超声换能器频率特性及自动匹配研究

超声振动切削技术作为一种特种加工技术，在机械加工领域具有独特优势，尤其是对难加工材料和难加工工件能起到很好的效果，是一种应用前景非常广阔的加工技术。振动切削加工装备的专机化、数控化是其发展的必然趋势。然而振动产生装置——超声换能器——存在制造误差难以控制，匹配调谐繁冗复杂的问题，已成限制超声振动切削数控化发展的关键问题。本文阐述换能器设计的基本原理，提出设计思路与装配规范。深入分析了超声换能器的阻抗频率特性与工作状态，从能量分布的角度提出：换能器转换的机械能为电路中等效电容电感与匹配电路间贮存的能量。通过计算得出，换能器的最佳工作频率不是其电抗为零的谐振频率点，而是在谐振区内可以激发出最大谐振电压的频率，即电抗最大（最小）频率点。在此频率下，换能器通过匹配电路可以谐振出很高的正弦电压，提高换能器存储的机械能。通过匹配实验验证了这一结论，结合实际经验提出超声振动切削换能器匹配调谐指导思路。通过正交实验，确定了影响换能器随机误差显著因素为压电陶瓷。通过预紧力控制换能器谐振频率的随机误差，并联小电容微调换能器的阻抗特性与谐振频率达到单一电感匹配同参数多个换能器的目的。总结国内外可调电感方法的特点，设计并制造了机械调隙式可调电感，为换能器自动匹配解决了一个关键问题。在可调电感的基础上设计了气动直线离合装置，提出单一动力调节多电感的可调电感方案。本文的研究工作对超声换能器的设计制造及匹配调谐有一定的参考价值，为超声振动切削技术专机化与数控化解决了匹配技术的关键问题。